高速咬钢对UR轧机主传动系统关键零部件影响的模拟分析

摘要

包钢轨梁厂UR轧机自投产以来承担了大量的重轨生产任务，为包钢的发展做出了重要贡献。然而，UR轧机作为成品轧机中的第一架轧机，近些年随着轧制任务的加重及高速咬钢的冲击影响，UR轧机的齿轮座下箱体底座圆弧处发生了裂缝事故，影响了正常的生产，造成了严重的经济损失。为了掌握咬钢速度对UR轧机主传动系统的影响，探究齿轮座发生裂纹的原因，本文对UR轧机主传动系统在高速咬钢状态下的动态特性进行了模拟研究，以便对事故工况做出正确判断，为设置合理的咬钢速度提供理论依据。
　　本文主要研究工作如下：
　　（1）介绍 UR轧机主传动系统的工作原理及机构组成，了解有限元理论和相关的有限元仿真软件，结合现场生产提供的工程图纸，建立UR轧机主传动系统的有限元模型，便于接下来的模拟仿真。
　　（2）选用ANSYS Workbench14.5中的LS-DYNA模块，对UR轧机主传动系统模型进行咬钢过程的模拟仿真，采用现场设定2.5m/s的咬钢速度进行仿真，得到了高速咬钢状态下UR轧机关键零部件的应力及形变情况，与工厂实际进行对比，判断UR轧机齿轮座裂纹事故出现的原因，便于接下来设置合理的咬钢速度。
　　（3）采用2.4m/s、2.3m/s、2.2m/s、2.1m/s四组低于实际工况的咬钢速度进行仿真，与实际工况下设定2.5m/s的咬钢速度进行对比得出，分析不同的咬钢速度对UR轧机齿轮座下箱体的影响，找到最合理的咬钢速度，为工厂设置合理的咬钢速度提供理论依据。
　　（4）对 UR轧机齿轮座下箱体圆弧尺寸进行改进，将原来圆弧沟槽改为半径为140mm的圆角，同样采用实际2.5m/s的咬钢速度进行仿真分析，对比改进前后两种不同尺寸下箱体有限元分析结果，为生产实际提供了参考。
　　经研究结果表明：咬钢速度过大，齿轮座下箱体强度不足是导致裂纹事故发生的主要原因；通过对比不同咬钢速度下齿轮座下箱体的应力分布情况，最合理的咬钢速度为2.1m/s；改进后的齿轮座下箱体圆弧处未出现应力集中，且最大等效应力降低了79.37%，降低了高速咬钢对下箱体冲击作用的影响，研究成果对现场具有指导作用。

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1 绪论

1.1 课题来源

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容以及研究方

2 UR轧机简介

2.1 UR轧机主传动工作原理

2.2 UR轧机的组成

3 有限元基本理论及软件简介

3.1 有限元基本理论

3.2 其他相关软件介绍

4 咬钢速度对UR轧机关键零部件的显式动力学分析

4.1 显式动力学分析基础

4.2 咬钢的条件

4.3 有限元模型的建立

4.4 材料的定义及网格的划分

4.5 载荷的施加及边界条件的选取

4.6 显式动力学仿真结果分析

4.7 本章小结

5 不同咬钢速度对UR轧机齿轮座的影响分析及结构改进研究

5.1 不同咬钢速度对UR轧机齿轮座的影响分析

5.2 UR轧机齿轮座的结构改进

5.3 本章小结

结论

参考文献

在校研究成果

致谢