360噸蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺有限元靜強(qiáng)度分析

郭鵬飛

摘 要：用hypermesh建立360噸蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺有限元模型，并用ansys對回轉(zhuǎn)臺進(jìn)行靜強(qiáng)度分析，得到鋼包回轉(zhuǎn)臺在自重和鋼包不同工況下的靜態(tài)應(yīng)力分布，驗證鋼包回轉(zhuǎn)臺的承載能力。

關(guān)鍵詞：360t鋼包回轉(zhuǎn)臺 有限元分析 靜強(qiáng)度分析

中圖分類號：TF341 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-3973（2013）005-016-03

鋼包回轉(zhuǎn)臺是設(shè)在連鑄機(jī)澆鑄位置上方用于運載鋼包過跨和支承鋼包進(jìn)行澆鑄的設(shè)備。它是連鑄機(jī)生產(chǎn)線上的關(guān)鍵設(shè)備之一，在工作狀態(tài)下承受復(fù)雜的靜載荷和動載荷，因此有必要對鋼包回轉(zhuǎn)工作臺進(jìn)行各種實際工況下的受力分析。

蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺的典型工況包括以下三種：

（1）單邊放包且滿包鋼水。

（2）單邊滿包鋼水而另一邊空包。

（3）雙邊滿包鋼水。

在上述三種典型的工況下，蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺受載狀況是不同的，本文通過有限元分析對360t蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺在上述三種典型工況環(huán)境下進(jìn)行有限元靜力分析，驗證其承載能力。

1 有限元分析模型的建立

鋼包回轉(zhuǎn)臺是由大量的鋼板通過焊接組成的結(jié)構(gòu)件，本文將厚長比小于1/15的構(gòu)件采用殼單元處理，而且因為本文是從整體上分析鋼包回轉(zhuǎn)臺的受力狀態(tài)，因此在有限元建模時對鋼板之間的焊接做了剛性連接處理。

3 靜強(qiáng)度分析

3.1 鋼包回轉(zhuǎn)臺整體系統(tǒng)靜強(qiáng)度分析結(jié)果

基于上述邊界條件，通過ANSYS非線性分析求解，得到不同工況下鋼包回轉(zhuǎn)臺整體系統(tǒng)和關(guān)鍵部件的VonMises應(yīng)力分部情況如圖5～7所示。

不同工況下鋼包回轉(zhuǎn)臺整體系統(tǒng)的最大應(yīng)力值和所在危險部位如表2所列。

表2 360t蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺各工況下應(yīng)力分析結(jié)果

3.2 主要零部件的應(yīng)力及分布

通過鋼包回轉(zhuǎn)臺整體系統(tǒng)的應(yīng)力分析可以看出結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力水平較高，并且零部件含不同的材料或采用不同厚度的鋼板焊接，故有必要考察主要零部件的應(yīng)力水平及局部分布。表3歸納了底座、回轉(zhuǎn)支座、升降臂、鞍形座、連桿、銷軸、襯套、上框架等主要零部件上的最大應(yīng)力及其發(fā)生部位的分析結(jié)果。表中括號里的尺寸為最大應(yīng)力單元所屬的零件板厚或銷軸直徑。

從各主要零部件應(yīng)力及其分布可以得出如下基本結(jié)論：

（1）底座在單邊滿包、一邊為空時偏載最大，應(yīng)力最大，隨著偏載的減小應(yīng)力隨之減小，應(yīng)力水平中等，安全系數(shù)2.3～2.9。

（2）鞍形座、連桿、銷軸、襯套的最大應(yīng)力和所在部位基本無變化或變化很小，應(yīng)力水平中等，安全系數(shù)2.1～5.5。

（3）上框架的最大應(yīng)力隨著兩邊載荷的增加而增大，應(yīng)力水平中等，安全系數(shù)1.6～1.7。

（4）升降臂的應(yīng)力水平較高，最大應(yīng)力隨著偏載的減小而增大，這是因為兩邊的升降臂由液壓缸與上框架連接，兩側(cè)載荷的增加對升降臂有影響，安全系數(shù)1.1～1.2。

（5）互轉(zhuǎn)支撐安全系數(shù)為1.5～1.8。

4 結(jié)論

通過對360t蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺的有限元靜力分析，整個大包安全系數(shù)最低的部件為回轉(zhuǎn)臂，回轉(zhuǎn)臂應(yīng)力最集中區(qū)域安全系數(shù)為1.1～1.2，回轉(zhuǎn)臂均勻應(yīng)力區(qū)安全系數(shù)1.7。根據(jù)歐洲起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)號為：ENV1963-6：1999）以及國內(nèi)起重機(jī)標(biāo)準(zhǔn)綜合給出的安全系數(shù)為：均勻應(yīng)力區(qū)n=1.5，應(yīng)力集中區(qū)n=1.1。由此可見所有區(qū)域安全系數(shù)都大于標(biāo)準(zhǔn)要求，鋼包回轉(zhuǎn)臺設(shè)計滿足應(yīng)力要求。