四辊带钢轧机机架的动力学特性研究副本.docVIP

1700四辊带钢轧机机架的动力学特性研究 班级：机 设 四 班 姓名：王 璐 学号：S10080203005 2010年12月 1700四辊带钢轧机机架的动力学特性研究 王 璐 摘 要:针对1700 四辊带钢轧机振动问题, 利用大型有限元软件ANSYS, 建立机架的结构分析模型, 得出该轧机机架容易激发的固有频率和振型; 并利用结构力学理论对典型模态进行了验证。为轧机机架设计及抑制轧机振动提供了依据。 关键词: 轧机机架; 有限元分析; 固有频率; 结构力学 Investigation of dynamic characteristics for 1700 four rol lers strip mill Abstract:Aimed at the vibration problem of 1700 four rollers strip mill, by using the large FEM softw are,structure analysis model of mill frame w as established; and the natural f requency and the vibrat ion modelswhich are easily be ex cited w ere obtained.By using structural mechanics theory, the typical model are validated, which provides reference for the design of mill frame and restraining mill vibration. Key words: mill frame; FEM analysis; natural frequency;structural mechanics 轧钢机机架是轧钢机的重要部件,其上安装有轧辊、轧辊轴承座、轧辊调整装置等,不仅要承受很大地轧制力,而且咬钢和脱钢时要承受严重地冲击振动。因此,机架不仅要有足够的刚度和强度, 还要对其动力学特性进行分析,掌握其振动特性,保证其稳定性,避免工作时引起共振[1-3]。某大型钢厂的1700冷连轧机组在轧制薄规格板带时经常出现振动现象,对产品和设备造成不利影响。为弄清此振动问题,本文运用有限元方法(ANSYS软件)对机架的动力学特性进行分析,找出系统固有频率和主振型,并运用结构力学的方法对机架最易发生振动的第二阶模态进行分析,以此验证ANSYS软件分析结果的正确性。 一、机架的动力学分析-------- 模态分析 固有频率和振型是承受动态载荷结构设计中的重要参数。模态分析用于确定结构的固有频率和振型。可使设计人员避开这些频率或最大限度地减少对这些频率上的激励,从而消除过度振动和噪音。使用ANSYS有限元软件系统,可以使振动模态动态化,从而提供一个清晰的动态图像来描述结构在受到激励时的表现。ANSYS软件的模态分析是线性分析,任何非线性特征,如塑性和接触间隙单元,即使定义了也将被忽略。模态分析过程由四个主要步骤组成:(1)建模;(2)网格划分、加载及求解;(3)扩展模态;(4)后处理。 建模 机架结构属三维实体问题。某厂的1700冷轧机组为四架连轧系统,本文以振动较明显的第三架机座为研究对象。机座由两片闭式机架(图1)组成,传动侧机架和操作侧机架通过上下三根铸钢横梁连接(螺栓连接)而成,采用五缸式平衡装置,上横梁的中部有安装平衡缸的空腔。整个机座是通过热装地脚螺钉牢固地与轨座连接在一起。由于传动侧机架和操作侧机架基本上对过轧制中心的平面左右对称,对单片机架的模态分析就可以反映所关心整个机座3(两片)的典型动态特性。为了简化计算取机座3的操作侧机架为研究对象进行建模。机架的结构尺寸如图1。其中,机架厚度730mm,机架材料为ZG35;材料特性:弹性模量E=200GPa,泊松比0.3,密度7.8103,机架约重130000kg。 1.2模型网格划分、加载及求解 此分析在ANSYS9.0软件上进行,整个结构采用8节点六面体单元;由于网格划分的疏密及划分方式对模态分析影响较小,振形不变、频率因疏密不同稍有变化,因此利用Mesh Tool划分网格(见图2)。加载约束可以根据机架的安装情况及轧制过程中的受力情况确定,机架地脚螺栓联接处为刚性约束,在此表面X、Y、Z三个方向产生的位移为零。 图2 机架有限元模型 Fig.2 Finite element model of frame 图3 第二阶模态 Fig.3 Number 2 vibration modality 1.3机架的模态分析结果分析 求解