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1、钢结构卷板机机架的应用设计钢结构卷板机机架的应用设计杨沛浩王迎春（西安建筑科技大学粉体工程研究所,710055)[摘要]西安建筑科技大学粉体工程研究所成功地开发了一台卷板机，该卷板机机架釆用全焊钢结构代替了传统的铸造结构。利用有限单元法中的板壳计算程序单元求得了该支架在使用条件下的应力和形变。数值模拟结果表明该支架完全满足生产工艺要求，这台卷板机已在工程实践中成功地应用。关键词机架铸造结构全焊钢结构有限单元法卷板机是弯曲金属板材的设备，传统卷板机机架装情况确定了该机架的外形尺寸,详见图3。为个铸件。随着焊接技术的发展,
2、特别是近30年来,焊接结构巳经基本上取代了铆接结构,并部分代替铸造和锻造结构。国内外在重型机械制造方面,愈来愈多地用全烤钢结构代替全铸结构。例如:冲压机、锤压机、大中型机床等的机架或床身；大型齿轮、内燃机及汽车传动轴等传统铸造件已迅速地改用全焊钢结构其主要原因在了全焊钢结构重量轻,质最髙,生产周期短等特点。根据工程需要和已有条件,设计制造了一台WK-16X2000型卷板机。考虑铸造结构工期长、成本高，卷制锥简时连接挡料装置不方便，而且要随工程场地变图2弯曲、剪切、扭曲作用下侧壁板厚与机架变形量关系化反复拆卸、搬运、安装
3、，又是单机生产，最后决定其机架采用全焊钢结构。卷板机示意图见图1。1.支架2、止推轴承3、压下丝杠4、上辊5、下辊6、主电机7.蜗杆8、滚动轴承9、蜗轮图1WK-16X2000型卷板机示意图1机架钢结构的设计过去,卷板机主要采用经验和类比设计。原西德图3卷板机机架结构图阿亨工业大学试验表明，侧壁板厚以不小于15mm为1.1板壳单元有限元桟型141宜，见图2。由WK-16X2000型卷板机工作原理可知,轧制力根据卷板机的轧制力及外载受力分析,卷板机机通过压下丝杠传递给蜗轮，蜗轮再顶紧止推轴承，止架侧壁板和主要受力曲板采用
4、厚为18mm的的235B推轴承最后将力施加给钢板A-A,卷板机工作时,左钢。加强筋选用厚为10mm的Q235B钢。由WK-右半机架分别承受对称荷载。根据工作辊受力分析16X2000型卷板机能卷制的最小圆直径确定了两下银施加给钢板A-A的力为1/2P,P为总轧制力（当弯卷中心距为360mm。参考同类机型卷板机几何尺寸、安宽为2000mm,厚为16mm的钢板时其数位为3.484x105N)。板,故实际设备在该处的位移应该史小,见图6。本文全部采用板壳单元对整个机架底座以上部由图6可知,止推轴承作用处钢板Mises屈服应力分
5、建立模型，适当偏安全予以简化，在承受荷载处进为172MPa，满足材料承载要求，其它各部位受力较行网格细分。此模型共有11188个节点，3552个单小，因此可仅在该处增设筋板以减小局部内力和变元。单元为曲壳单元,每个节点具有6个自由度，而内形,其它部位板厚可仅按构造要求设置。变形为二次函数曲线，可模拟塑性、应力强化、大变形、大应变和横截面剪切变形等问题。在有限元模型中,机架底座处采用固端约束,详见图4、图5。图6机架应力分布图2焊接工艺2.1母材材质为Q235B,其焊接性能良好。选用熔渣流图4有限元模型及机架位移分布动性
6、好、脱渣容易、电弧稳定、培深适中、飞溅少、焊波整齐、价格低廉的J422焊条。2.2根据钢板厚度，采用直径为4mm的规格，直流正接,手工操作，平焊位罝焊接,电流保持在130A~150A之间。2.3在焊接过程中，为防止扭曲变形,采取些刚性固定措施,合理安排了组装和焊接顺序，焊后进行了退火处理及整形。3结论该卷板机自投人使用以来,在几条新建的水泥生产线预热器设备制造中满负荷运转，经过多次拆卸、搬运、安装,先后卷制了Q235.16Mn,lCrl8Ni9Ti等厚其它钢板对A-A钢板的向下压力部位度从3mm到16mm的钢板2000
7、余t,工作性能良好，运转灵活，达到了设计要求。另外，和铸造件相比轴承对A-A钢板向上的顶力部位具有以下优点：图5A-A钢板受力分析3.1由干钢的弹性模量是铸铁的一倍，因此焊接结构1.2计算结果分析比铸铁结构重量减轻25%左右,这对提高现代化机床由图4、图5可以看出，在止推轴承作用下A_A快速行走部件的工作灵敏度有重人意义。钢板受力最大,为整个机架设计的关键部位，当采用3.2全焊钢结构的塑性和钮性比较好，因此它的抗脆18mm睜钢板并在其两端设置筋板后，钢板变形很断能力比铸铁好。小，为0.12mm,由干模型将实体滚轴支座简
8、化为钢3.3钢材材质均匀,各个方向的物理力学性能基本相——研究与瓸用•——2006年第2期总第133期钢结构卷板机机架的应用设计同,在一定应力范围内处于弹性状态,因此,全焊钢结[21曾乐.煤接工程学丨M].北京:新时代出版社.1986.6构消除了铸件往往不可避免的铸造缺陷，使废品率大13]王忠涛.用厚壁管作卷板机工作辊的受力分析及
