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薄帶鋼拉伸彎曲矯直機（以下簡稱拉矯機）是用于消除帶鋼邊波、中波、瓢曲等板型缺陷，改善帶材平直度的帶鋼精整設(shè)備。隨著汽車、家電產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對薄板帶材的表面質(zhì)量要求越來越高，拉矯機已經(jīng)成為連續(xù)帶材生產(chǎn)線上的重要工藝設(shè)備之一。
輥盒是拉矯機的主要構(gòu)件之一，承載著拉矯機各工作單元的輥系，包括支承輥、中間輥和工作輥。在矯直過程中，帶鋼作用在工作輥上的力由輥盒直接承受，反過來輥盒的變形及振動將直接反映到輥子上，影響著帶鋼的矯平效果。因此，為了保證矯直精度，輥盒剛度和強度必須滿足要求。采用材料力學(xué)的方法和有限元分析法進行相互驗證，對某公司重卷機組拉矯機輥盒進行了優(yōu)化設(shè)計，并驗證其安全可靠性。
拉矯機主要由進口張力輥組1、出口張力輥組6、兩個彎曲輥組2和3、兩個矯直輥組4和5組成。其基本工作原理為：需要矯平的帶材在張力輥組施加的張力作用下連續(xù)通過上、下交替布置的多組小直徑的彎曲輥，在拉伸和彎曲的聯(lián)合作用下沿長度方向產(chǎn)生了塑性的縱向延伸，使帶材各條縱向纖維的長度趨于一致，從而減小帶材內(nèi)部縱向應(yīng)力分布的不均勻性，改善帶材的平直度。拉矯機的動力由前、后張力輥組之間的速度差來保證，前、后張力輥組采用單獨傳動方式。工作輥有著剛性支撐，采用輥盒組裝形式，彎曲單元分別由2個上工作輥輥盒和2個下工作輥輥盒組成，上工作輥輥盒吊掛裝置采用液壓缸實現(xiàn)上下調(diào)整，下工作輥輥盒采用馬達驅(qū)動千斤頂實現(xiàn)上下調(diào)整。另外，還有一些輔助系統(tǒng)，如輥縫快速打開裝置、換輥單元和機架等。
機組中含有若干個輥盒，以1號彎曲輥組下輥盒為例進行分析研究。輥系中包含支承輥、中間輥和工作輥，各輥均為被動輥，帶鋼通過與工作輥的摩擦帶動工作輥旋轉(zhuǎn)，工作輥再通過摩擦帶動中間輥旋轉(zhuǎn)，然后由中間輥帶動支承輥旋轉(zhuǎn)，支承輥通過內(nèi)置軸承多段均勻安裝在輥盒的支座上。
由于支承輥由若干段組成，將力均勻分布到輥盒上，因此在采用材料力學(xué)方法計算時，將工作輥施加在輥盒上的力視為均布載荷，兩千斤頂對稱布。輥盒力學(xué)分析及剪力和彎矩圖，兩千斤頂至端部的距離相等為l1，間距為l2,輥盒總長為l,千斤頂?shù)奈恢脹Q定輥盒的受力情況，因此合理布置千斤頂?shù)奈恢脤刂戚伜凶冃斡兄匾饬x。千斤頂傳統(tǒng)的布置位置采用經(jīng)驗公式，將兩千斤頂分別布置在1/2輥盒的中點處，缺少理論依據(jù)。本文將采用材料力學(xué)方法對千斤頂布置位置進行詳細求解，并采用ANSYS軟件對求解結(jié)果進行分析驗證。
由于千斤頂對稱布置，因此只研究輥盒左半部分即可。為便于分析，對輥盒的部分細節(jié)進行適當簡化，采用SolidWorks建模，材料設(shè)置為普通碳鋼，彈性模量E=2.06×1011。將所建立的三維實體模型在SolidWorks中另存為.xt格式，并導(dǎo)入到有限元分析軟件ANSYS中。
在建立有限元分析模型過程中，為了提高建模的效率以及所劃分的網(wǎng)格質(zhì)量，保持模型的仿真有效性，選擇“Smartsize”自動網(wǎng)格劃分工具對輥盒的不同部位分別劃分網(wǎng)格。對應(yīng)力幅度比較大的地方或容易發(fā)生應(yīng)力集中的部位如幾何尺寸突變處，選擇較細的網(wǎng)格對其進行劃分；對受力比較均勻、尺寸無突變、無拐角的板等，選擇較粗的網(wǎng)格進行劃分，建立1號彎曲輥下輥盒有限元分析模型。
根據(jù)輥盒的結(jié)構(gòu)形式和實際安裝情況，選取千斤頂?shù)陌惭b面為剛性約束，輥盒中心面處的水平方向位移為0。輥子對輥盒的力主要施加在支承輥的安裝座上，由于支承輥是三列布置，且以多段均勻的形式分布在輥盒上表面，因此在對輥盒施加載荷時，以應(yīng)力的形式施加在輥盒上表面上。輥盒上表面面積為0.467m2,承載的壓力為0.175MPa。
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