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三辊连轧管机刚度的有限元分析

陈敏1，胡建平1,2，覃宣1,2，陈碧楠1,2

（1.国家钢铁冶炼装备系统集成工程技术研究中心，重庆，401122；

2.中冶赛迪工程技术股份有限公司轧钢事业部，重庆，400013）

摘要：根据少机架三辊连轧管机的载荷情况，对之进行了整体建模，运用有限元方法对连轧管机的

刚度进行分析和计算，并比较了不同计算方法对刚度计算的影响，为连轧管机的设计及控制提供了

重要依据

关键词：少机架三辊连轧管机；轧机刚度

FiniteElementAnalysisofMiniThree-rollPipeMillStiffness

ChenMin1,HuJianPing1,2,QinXuan1,2,ChenBiNan1,2

(1NationalEngineeringResearchCenterforIronSteelMakingPlantIntegration,Chongqing,401122;

2CISDIENGINEERINGCO.,LTD,Chongqing,400013)

Abstract:Thisarticledescribesanalysisandcalculationoftherigidityofminithree-rollpipemilland

utilizesfiniteelementmethodplusmonolithicmodelingaccordingtoloadcondition,meanwhilepointsout

theeffectofdifferentcalculationmethodforrigidity,thusprovidingsignificantbasisfordesigningand

controllingofpipemill

KeyWords：minithree-rollpipemill、millstiffness

0前言

轧机刚度是反映轧机结构性能的重要参数，其是轧制规范、产品质量控制及设备改进的必要依

据

【1、2】。在轧制过程中，各部分的弹性部件如牌坊、轧辊等均会差生一定量的变形，这些变形最终

使得轧辊辊缝增大，故轧辊刚度的计算对于轧机的设计及产品精度的控制有重要的意义。通常轧机

刚度的实验测定方法有轧制法和压靠法【3】，随着计算机技术及有限元方法的发展，将有限元分析应

用于轧机刚度的研究，可以大大缩减设计周期，降低试验成本。本文以我公司设计的某型号少机架

三辊连轧管机为研究对象，使用有限元分析软件Abaqus对轧机的综合刚度进行了有限元分析计算，

为结构设计及后续的液压控制提供了依据和参考。

1少机架三辊连轧管机的结构与受力特点

完整的少机架三辊连轧管机由底座、主机座、芯棒支撑架及3个轧制机架构成。主机架由牌坊、

液压小仓、轨道座、机架锁紧装置等部件构成，其中5片牌坊通过预紧螺柱及支撑杆连为一体，液

压小仓通过预紧螺柱与牌坊连接。轧制机架由机架本体、摆臂、轧辊、轴承、轴承座、平衡缸等部

件构成，摆臂与机架本体之间铰接，轧制机架通过滑轨搁置在主机座轨道座上，其中一号轧制机架

和三号轧制机架结构相同。二号机架的辊子布局相对于一、三号轧制机架偏转120度。

在工作过程中，轧机受载荷为轧制力、芯棒限动力、机架锁紧力，平衡缸液压力、冲击力、重

力等共同作用，其中芯棒限动力主要影响牌坊在轧制方向的变形，对刚度贡献较小，机架锁紧力对

轧制机架的变形有较大影响，平衡缸液压力保证摆臂顶头和压杆之间紧密接触，有限元分析中主要

考虑轧制力，机架锁紧力、平衡缸液压力、重力的作用，忽略冲击力、芯棒限动力等的影响以便与

后期现场测试工况一致。

2.少机架三辊连轧管机的有限元分析

2.1几何模型

为了减小计算规模，在SolidWorks中对三维模型进行了必要的简化，去除了结构中孔、倒角和

小的台阶等特征，利用SolidWorks和Abaqus/CAE之间的数据接口，将在SolidWorks中建立的弯曲

段三维实体模型导入Abaqus/CAE中，建立了底座、主机座、轧制机架等结构的几何模型，如图1，

从图1中我们可以看出，三辊连轧管机的并不具备明显的几何对称性，很难利用对称性假设减小模

型的规模。

图1AbaqusCAE中建立的有限元模型

2.2连接关系

主机架轨道座与小机架滑轨之间建立接触关系，小机架与主机架档块之间建立接触关系，轧辊

和测试钢棒之间建立接触关系，平衡缸滚轮与摆臂之间建立接触关系，液压缸和液压杆之间建立无

摩擦接触关系，接触采用有限滑移；摆臂与小机架之间