SP轧机的动力学分析
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摘要
连铸板坯在线调宽技术在整个轧制生产线上起着重要的作用，从某种意义上可以说，调宽技术是钢板轧制生产线的咽喉，是实现钢板大批量连续化生产的关键。SP(Sizing Press)大侧压定宽轧机(简称SP轧机)，是日本石川岛播磨(IHI)上世纪80年代末开发的一项新的调宽技术，1996年底投产的我国宝钢1580热轧线采用了该设备，对扩大该厂的产品规格、增加产品产量起到了积极作用。
本文根据上海宝山钢铁股份有限公司与燕山大学签订的技术开发协议《SP受力分析及故障对策研究》。对SP轧机进行了全面深入地理论分析与试验研究，研究结果对掌握SP设备的工作原理及设备维护具有重要意义。
本文采用矢量方程法建立SP轧机侧压模块的运动学模型，将设备简化成具有同步运动和侧压运动的3自由度8杆机构，建立该机构的运动方程，较合理地对侧压模块的位移、速度与加速度的变化规律进行分析，计算结果与试验结果相吻合。
建立了SP轧机侧压模块和板坯整体有限元计算模型，模拟连续多次侧压过程中的板坯金属流动、应力、应变分布规律，对SP轧机轧制理论研究及生产工艺优化具有重要意义。同时，分析侧压过程中板坯产生“狗骨”的原因；通过对接触问题的求解，分析了板坯对侧压模块的冲击载荷，为SP轧机重要零部件的受力分析奠定了基础。
在机械系统动力学的基础上对SP轧机进行了刚弹耦合动力学和多刚体动力学的分析，通过现场实测数据与模拟结果的比较，刚弹耦合动力学模型模拟结果与实测数据更吻合。根据刚弹耦合动力学模型，考虑侧压连杆弹性变形情况下分析各运动副的受力规律及主要零部件的受力情况，确定臼头、臼座处载荷变化规律，计算曲柄轴承的寿命，为SP设备的使用与维护提供依据。
It is important to adjust the casting slab width on the rolling product line. In some sense, it's a vital on the continual rolling and in volume-produce of working. Sizing pressing which IHI explored in the 80's of the previous century was imported by Bao steel in the thermal rolling at 1996. It's significant to enlarge the category and increase yield.
This thesis based on the exploitation agreement that Bao Steel company signed with Yanshan university , analyzed the movement ,dynamics and load character of sizing pressing, in addition analyzed the deform of slab ,at last research the load of the important component. The result of the research was important to hold dynamic characteristic and maintenance equipment.
The mechanism of sizing pressing was simplified to have eight rod and three freedom. The paper found mathematic model of movement on the vector equation, realized the variety disciplinarian of the displacement, velocity and acceleration. The simulate result is consistent with result testing.
The paper found the FEM model that the hammerhead presses the slab afterward analyzed the disciplinarian of stress, strain and the metal flowing velocity on the course of the continual rolling. It is significant to research the rolling theory and optimize the product technics. At the same time, analyzed the reason that brought the dog bone; analyzed the force that slab impacts on the hammerhead by researching the contact problem. The result establishes the foundation that study the force on the important accessory.
Basing on the mechanism dynamics, founding the rigid model of the rigid and flexibility body. Comparing the simulate result with testing result, the flexibility model is rather than the model of rigid body. Based on the flexibility model, the paper studies the force on the joint and import accessory. At last, analyses the force and the libration of brace bearing ,at the same time calculated the life of the bearing.
本文根据上海宝山钢铁股份有限公司与燕山大学签订的技术开发协议《SP受力分析及故障对策研究》。对SP轧机进行了全面深入地理论分析与试验研究，研究结果对掌握SP设备的工作原理及设备维护具有重要意义。
本文采用矢量方程法建立SP轧机侧压模块的运动学模型，将设备简化成具有同步运动和侧压运动的3自由度8杆机构，建立该机构的运动方程，较合理地对侧压模块的位移、速度与加速度的变化规律进行分析，计算结果与试验结果相吻合。
建立了SP轧机侧压模块和板坯整体有限元计算模型，模拟连续多次侧压过程中的板坯金属流动、应力、应变分布规律，对SP轧机轧制理论研究及生产工艺优化具有重要意义。同时，分析侧压过程中板坯产生“狗骨”的原因；通过对接触问题的求解，分析了板坯对侧压模块的冲击载荷，为SP轧机重要零部件的受力分析奠定了基础。
在机械系统动力学的基础上对SP轧机进行了刚弹耦合动力学和多刚体动力学的分析，通过现场实测数据与模拟结果的比较，刚弹耦合动力学模型模拟结果与实测数据更吻合。根据刚弹耦合动力学模型，考虑侧压连杆弹性变形情况下分析各运动副的受力规律及主要零部件的受力情况，确定臼头、臼座处载荷变化规律，计算曲柄轴承的寿命，为SP设备的使用与维护提供依据。
It is important to adjust the casting slab width on the rolling product line. In some sense, it's a vital on the continual rolling and in volume-produce of working. Sizing pressing which IHI explored in the 80's of the previous century was imported by Bao steel in the thermal rolling at 1996. It's significant to enlarge the category and increase yield.
This thesis based on the exploitation agreement that Bao Steel company signed with Yanshan university , analyzed the movement ,dynamics and load character of sizing pressing, in addition analyzed the deform of slab ,at last research the load of the important component. The result of the research was important to hold dynamic characteristic and maintenance equipment.
The mechanism of sizing pressing was simplified to have eight rod and three freedom. The paper found mathematic model of movement on the vector equation, realized the variety disciplinarian of the displacement, velocity and acceleration. The simulate result is consistent with result testing.
The paper found the FEM model that the hammerhead presses the slab afterward analyzed the disciplinarian of stress, strain and the metal flowing velocity on the course of the continual rolling. It is significant to research the rolling theory and optimize the product technics. At the same time, analyzed the reason that brought the dog bone; analyzed the force that slab impacts on the hammerhead by researching the contact problem. The result establishes the foundation that study the force on the important accessory.
Basing on the mechanism dynamics, founding the rigid model of the rigid and flexibility body. Comparing the simulate result with testing result, the flexibility model is rather than the model of rigid body. Based on the flexibility model, the paper studies the force on the joint and import accessory. At last, analyses the force and the libration of brace bearing ,at the same time calculated the life of the bearing.
引文
1 M.Agapios.中厚板轧机技术．冶金设备，2000，(8)：27-32
2 焦四海．调宽压力机调宽过程的有限元分析．[东北大学工学博士论文]．1998：1-11
3 王昭东，王国栋．调宽压力机——热轧板带调宽技术的新进展．上海金属，1993，15(1)：11-15
4 Vladimir B. Ginzburg. Width Control in Hot Strip Mils. Iron&Steel Engineer, 1991, 68 (6):25-39
5 小久保一郎，幅．御．幅集约技术总和的评价．塑性加工，1985，25(27)：100-108
6 S. Nakamura. Slab Width Control for Hot Direct Rolling. Transactions ISIJ,1988,28: 110-116
7 杨雄，李长生，刘相华，等．连铸板坯大侧压不对称变形有限元分析．钢铁研究，2002，(2)：14-16
8 Masahiro Takeuchi.Heavy Width Reduction Rolling of Slabs.Nippon Steel Technical Report, 1983 ,(21):235-246
9 Hideyuki Nikaido. Development of Slab Sizing Press for Heavy Width Reduction in Hot Strip Mills. Iron & Steel Engineer,1990,(9):21-26
10 焦四海，周旭，刘相华，等．调宽压力机调宽时板坯变形特点．钢铁，2000，(12)：22-26
11 张燕燕，曹建宁．厚板生产技术的发展．轧钢，2001，(4)：35-38
12 熊尚武，韩力．粗轧机组调宽轧制技术与减少切损的方法．钢铁，1994，29(12)：75
13 冈户克．热延幅压延先后端举动解明．铁钢．1981，67(15)：260-265
14 荒木省一．板材一压延幅压延特性(第4报)．昭54春塑加讲论，1979：493-495
15 宅田裕彦，森谦一郎，八田夏夫，用热间幅压延实验有限要素法解析[J]．塑性加工，1983，264(24)：39-45
16 日野裕之．热间压延机幅制御研究．塑性加工，1984，25(2)：150
17 V. B. Ginzburg. Steel Rolling Technology: Theory and Practice [M].New York:
Marcel Dekker,1989:33-36
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20 小门纯一，八田夏夫，宅田裕彦．板材平压延关研究．昭57春塑加讲论，东京：1982，63(15)：37-39
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23 赵刚，黄克琴．热轧窄带钢宽度变化规律的实验研究．钢铁，1990，28(3)：33
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26 姜明东，王国栋．高精度板带材轧制理论与实践．北京：冶金工业出版社，2000：245
27 胡国栋．轧钢生产工艺及设备．秦皇岛：燕山大学，2000：104-109
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36 刘德顺，李夕兵．冲击机械系统动力学．北京：科学出版社，1999：2-8
37 曹银铎，郑军，李光耀．薄板冲压成形过程的并行有限元仿真技术．机械工程学报，2003，(7)：80
38 张家华，王国检．2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：123-124
39 李文喜，范瑞详．温度对星箭锁紧包带预紧力的影响研究，2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：3-8
40 王淑范．子结构法在大型有限元分析中的应用，2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：13-16
41 藏峰刚．反应堆吊篮在静水中的模态分析研究，2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：363-368
42 闫雪冬．ANSYS软件在内燃动车组中的应用，2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：191-196 ’
43 闫雪冬．某型客车水箱起皱的原因分析与对策，2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：197-200
44 冯锦良．通讯设备的热设计仿真分析，2000年ANSYS中国用户年会论文集，成都，2000：175-180
45 美国州ANSYS公司北京办事处．ANSYS非线性分析指南．北京，1998：5-15，16-18
46 吴承文．冲压模具可视化仿真模拟．[浙江大学硕士学位论文]．2001：12-14
47 肖志斌．板锥网壳结构的超级有限元分析．空间结构，2001，7(2)：61-64
48 Levy R, Gal E. Geometrically nonlinear three-noded fiat triangular shell elements. Computers and Structures,2001,26(79):349-355
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52 李庆扬，于能超，易大义．数值分析．第三版．武汉：华中理工大学出版社，1986：239-247
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54 唐章宏，薛赛男，冯峰，等．Visual Fortran程序设计．北京：人民邮电出版社，2000：74-88
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56 Brian Siler,Jeff Spotts.Visual Basic 6.0开发使用手册．康博创作室．北京：机械工业出版社，1999：107-150
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59 刘建生．金属塑性加工有限元模拟技术与应用，2003：9-10
60 赵海鸥．LS—DYNA动力分析指南．北京：兵器工业出版社，2003：1-3，39-41
61 Jim Day.LS—DYNA Advanced Solution Technology:2003:10-50
62 Belytschko T, Edward J, Kennely James Met al.Finite element analysis on the connection machine.Computer Method in Applicd Mechanics and Engineering, 1990:81;229-254
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64 Ford Paulsen, Torgeir Welo.Application of numerical simulation in the bending of aluminumally profiles.Journal of Material Processing Technology, 2000(103): 14-22
65 (苏)波卢欣．金属与合金的塑性变形抗力．北京：机械工业出版社，1984：56-56，84-86，93-95
66 燕山大学轧钢研究所．SP受力分析及故障对策研究，2000：2-3
67 张策，黄永强．弹性连杆机构的分析与设计．北京：机械工业出版，1997：10-12，13-15
68 Mechanical Dynamics,Inc,UsingAdams/ViewV.1998:2-10
69 ADAMS Theory Seminar [CP].MID,1994:20-25,30-33
70 王学颜．结构疲劳强度设计与失效分析．北京．兵器工业出版社，1992：18-19
71 燕山大学轧钢研究所．SP受力分析及故障对策研究，2000：5-8
72 许灏．安全系数和许用应力．北京：机械工业出版社，1981：253-257
73 周建男，陈长征．轧钢机械滚动轴承．北京：冶金工业出版社，1984：29-33
74 王德志．滚动轴承的诊断与维修．北京：中国铁道出版社，1994：6-13
75 Wafangdian Zhengda Metallurgical Mill Bearing Co.wafangdian,2000:19-31
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75 Wafangdian Zhengda Metallurgical Mill Bearing Co.wafangdian,2000:19-31
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