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鋼包回轉(zhuǎn)臺是連鑄機(jī)生產(chǎn)線上的大型關(guān)鍵設(shè)備之一，設(shè)在連鑄機(jī)澆鑄位置上方用于運(yùn)載鋼包過跨、支承鋼包的設(shè)備，起著連接上下兩道工序的重要作用。某連鑄工程技術(shù)有限公司設(shè)計的蝶形鋼包回轉(zhuǎn)臺由底座、升降液壓缸、回轉(zhuǎn)架、鋼包支座、回轉(zhuǎn)臂、平行連桿、鞍形座、驅(qū)動裝置、防護(hù)板等組成，其單臂承載能力為280 t。鋼包回轉(zhuǎn)臺工作時一般有三種載荷工況：①高位放包且滿包鋼水，低位無鋼包；②單邊高位滿包鋼水，低位空包；③高位、低位雙邊均滿包鋼水。 以往傳統(tǒng)的材料力學(xué)等方法在大量簡化結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行近似的解析計算校核，結(jié)果偏差較大，且難于進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)分析，故本文采用先進(jìn)的計算機(jī)輔助工程CAE進(jìn)行靜力有限元分析。
鋼包四轉(zhuǎn)臺各零部件的機(jī)械性能、物理性能見表，按照三維CAD模型尺寸參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及聯(lián)接方式，利用通用CAE前后處理工具軟件Hypermesh建立CAE分析的整體模型。在基本CAE模型的建立過程中，對于厚長比小于1/15的零件均采用板殼單元，特殊情況下，如回轉(zhuǎn)軸承、銷軸、軸套等均采用三維實(shí)體單元’3，。板殼單元在其相應(yīng)零件板的中面上構(gòu)成。CAE模型總單元數(shù)為157560個、總節(jié)點(diǎn)數(shù)為174714個，其中包括774個剛性和剛性連接單元及7128個接觸單元。本文中單臂承載能力280 t包回轉(zhuǎn)臺的零件個數(shù)是352個。圖是鋼包回轉(zhuǎn)臺支撐臂處在接放鋼包狀態(tài)時的三維CAE模型。
分析方法包括求解器及其相應(yīng)仿真算法的選擇。為了全面真實(shí)地仿真鋼包回轉(zhuǎn)臺的載荷傳遞哪載荷路徑特點(diǎn)，應(yīng)充分考慮銷軸副的軸孔間的相對轉(zhuǎn)動，應(yīng)計入摩擦因素，故采用接觸單元模擬銷軸連接的軸孔接觸面，對于回轉(zhuǎn)軸承，三組滾動體亦須考慮采用接觸單元模擬，接觸是一種高度非線性行為，迭代求解繁瑣且所用機(jī)時遠(yuǎn)比非接觸問題長，且解算效率較高，以反映相對轉(zhuǎn)動的運(yùn)動實(shí)質(zhì)，本文選用可提供接觸問題靜力結(jié)構(gòu)算法的ANSYS仿真軟件作為求解器，分析結(jié)果的后處理仍采用Hypermesh完成。鋼包回轉(zhuǎn)臺是靠底座上的40個M72的螺栓固定在設(shè)備基礎(chǔ)上，因此對所有的螺栓施加全約束。在實(shí)際建模中，采用模擬螺栓作用的剛性單元代替，對剛性單元施加6個自由度的約束。
鋼包回轉(zhuǎn)臺所受到的載荷來自兩個方面，即裝置自身的重力載荷和承受的鋼包、鋼水重力載荷。鋼包回轉(zhuǎn)臺裝置自身重力載荷為1720281.6N<175.36N。鋼包回轉(zhuǎn)臺在高位放包時有三種載荷工況，高位滿包載荷均乘1.8的沖擊載荷系數(shù)無且三種工況均已分析計算，本文僅給出最惡劣工況，即“高位滿包、低位為空”工況的仿真分析結(jié)果。滿包載荷自身重力載荷通過施加重力加速度完成。鋼包鋼水角重力載荷作用在鞍形座上，將一對鞍形座上表面的若干節(jié)點(diǎn)用剛性單元集中連接于鞍形座對稱中心點(diǎn)，然后在此中心節(jié)點(diǎn)上按不同的工況施加鋼包和鋼水的重力載荷。
采用ANSYS非線性接觸結(jié)構(gòu)靜力分析方法仿真上述約束和載荷條件下的CAE模型，得出了鋼包回轉(zhuǎn)臺整體系統(tǒng)的應(yīng)力和彈性變形位移結(jié)果。表給出整體最大應(yīng)力值和所在危險部位。
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