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    特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)強(qiáng)度行為的研究

    2014-11-06 06:16:12王軼平代宗嶺崔福龍
    冶金設(shè)備 2014年1期
    關(guān)鍵詞:回轉(zhuǎn)臺(tái)包鋼鋼包

    王軼平 林 剛 代宗嶺 崔福龍

    (中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司煉鋼工程技術(shù)所 北京 100192)

    1 引言

    鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)是連鑄生產(chǎn)線中最為重要的設(shè)備之一,鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的性能將直接影響整條連鑄生產(chǎn)線的運(yùn)行。其主要用于從天車上接收滿載鋼水的鋼包,轉(zhuǎn)至澆注位置,同時(shí)將澆注完畢的空鋼包轉(zhuǎn)至天車。隨著鋼包容量的不斷增大,要求設(shè)計(jì)特大型的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)。目前研究主要針對(duì)200~300t左右的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)[1][2][3][4],而針對(duì)特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái),即承載超過500t的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度行為的研究在國(guó)內(nèi)外均較為少見。因此,針對(duì)我公司設(shè)計(jì)的特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了有限元分析,得出了該特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的應(yīng)力分布。結(jié)果表明,該特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全可靠的。為該特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的精細(xì)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

    2 有限元模型的建立

    2.1 材料模型

    材料密度:ρ=7800kg/m3

    彈性模量:E=2.1×105MPa

    泊松比:μ=0.3

    2.2 網(wǎng)格劃分

    與實(shí)際結(jié)構(gòu)相比主要進(jìn)行了如下簡(jiǎn)化:

    1)忽略結(jié)構(gòu)上各螺釘孔的影響;

    2)忽略力傳遞路徑以外的附屬結(jié)構(gòu)的影響。

    采用六面體等參單元對(duì)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分,共分為572277個(gè)單元,節(jié)點(diǎn)數(shù)789457,模型網(wǎng)格如圖1~圖3所示。

    2.3 載荷及邊界條件

    如圖4所示,在回轉(zhuǎn)臺(tái)叉形臂的稱量壓頭位置施加豎直力,用于模擬鋼包對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)的作用,同時(shí),由于鋼包位于回轉(zhuǎn)臺(tái)叉形臂上時(shí)實(shí)際上增大了兩叉形臂之間的剛度,因此,采用約束方程對(duì)兩叉形臂之間受力位置之間的相互運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了耦合。在回轉(zhuǎn)臺(tái)底座的底部施加xyz三個(gè)方向的位移約束,用來模擬錨固框架對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)的約束。在模型中

    圖1 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)有限元網(wǎng)格劃分

    圖2 回轉(zhuǎn)臺(tái)上連桿網(wǎng)格

    圖3 叉形臂網(wǎng)格

    圖4 回轉(zhuǎn)臺(tái)載荷與邊界條件的施加

    3 回轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)分析

    根據(jù)回轉(zhuǎn)臺(tái)的使用要求,將按以下三種工況對(duì)回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行仿真計(jì)算:

    工況一:回轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)空載,另一側(cè)接受滿包鋼水的過程;

    工況二:回轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)放置滿包,另一側(cè)接受滿包鋼水的過程;

    工況三:回轉(zhuǎn)臺(tái)一側(cè)放置空包,另一側(cè)接受滿包鋼水的過程。

    回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖如圖5~圖7所示。小,最大應(yīng)力水平都出現(xiàn)在受包側(cè)。

    圖5 工況一條件下回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖

    圖6 工況二條件下回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖

    圖7 工況三條件下回轉(zhuǎn)臺(tái)等效應(yīng)力云圖

    4)綜上所述,可見對(duì)于兩側(cè)各自獨(dú)立的零部件,其應(yīng)力水平的最大值與各工況相關(guān)性較小,最大值都出現(xiàn)在受包側(cè)的零部件上。對(duì)于兩側(cè)共用的零部件,其應(yīng)力水平與工況相關(guān)性較強(qiáng),即該零部件對(duì)載荷偏載表現(xiàn)出不同的應(yīng)力水平,且隨偏載程度的降低,應(yīng)力水平降低。

    4 結(jié)論

    通過建立特大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元模型,對(duì)該型回轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行了應(yīng)力計(jì)算及分析,通過分析發(fā)現(xiàn):

    1)對(duì)于一側(cè)無鋼包,另一側(cè)接受滿包鋼水這種工況,回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作過程最為惡劣,應(yīng)力水平最高,且出現(xiàn)在接受鋼包一側(cè)。

    對(duì)于其它兩種工況,由于在接受滿包鋼水的同時(shí),另一側(cè)叉形臂上作用有載荷,反而由于載荷的作用,使偏載現(xiàn)象有所減輕,應(yīng)力水平較工況一更低。

    2)對(duì)于兩側(cè)布置各自獨(dú)立的部件,應(yīng)力水平的最大值與工況關(guān)聯(lián)較小,其應(yīng)力水平最大值出現(xiàn)在接受滿包鋼水的鋼包時(shí);而兩側(cè)共用的零部件,其應(yīng)力水平與工況有較大的關(guān)聯(lián),最大應(yīng)力出現(xiàn)在偏載最為嚴(yán)重時(shí),即一側(cè)空載,另一側(cè)接受滿包鋼水的鋼包時(shí)。

    3)該回轉(zhuǎn)臺(tái)各部分應(yīng)力水平均小于所用材料的許用應(yīng)力,可以認(rèn)為該回轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)是可靠的。

    [1]岳海龍,鄒家祥,陸勤.板坯連鑄機(jī)鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)力學(xué)性能研究[J].冶金設(shè)備,1993(1).

    [2]吳迪平,章博,鄒家祥,劉聯(lián)群.直角式鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的有限元分析[J].重型機(jī)械,1997(3).

    [3]徐曉,嚴(yán)波,趙勛亞,陳將.鋼水罐回轉(zhuǎn)臺(tái)整體結(jié)構(gòu)有限元分析[J].重型機(jī)械,2008(1).

    [4]余飛,喬沙林,周凱旋,易海鵬.大型鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)及其關(guān)鍵部件的強(qiáng)度分析[J].重型機(jī)械,2009(6).

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