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大型钢包回转台及关键部件的有限元分析

发布于:2019-08-26 17:31
有限元分析

      钢包回转台是连铸机生产线上的大型关键设备之一,设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨、支承钢包的设备,起着连接上下两道工序的重要作用。某连铸工程技术有限企业设计的蝶形钢包回转台由底座、升降液压缸、回转架、钢包支座、回转臂、平行连杆、鞍形座、驱动装置、防护板等组成,其单臂承载能力为280 t。钢包回转台工作时一般有三种载荷工况:①高位放包且满包钢水,低位无钢包;②单边高位满包钢水,低位空包;③高位、低位双边均满包钢水。    以往传统的材料力学等方法在大量简化结构的基础上进行近似的解析计算校核,结果偏差较大,且难于进行整体结构的系统分析,故本文采用先进的计算机辅助工程CAE进行静力有限元分析
      钢包四转台各零部件的机械性能、物理性能见表,按照三维CAD模型尺寸参数、结构特点及联接方式,利用通用CAE前后处理工具AppHypermesh建立CAE分析的整体模型。在基本CAE模型的建立过程中,对于厚长比小于1/15的零件均采用板壳单元,特殊情况下,如回转轴承、销轴、轴套等均采用三维实体单元’3,。板壳单元在其相应零件板的中面上构成。CAE模型总单元数为157560个、总节点数为174714个,其中包括774个刚性和刚性连接单元及7128个接触单元。本文中单臂承载能力280 t包回转台的零件个数是352个。图是钢包回转台支撑臂处在接放钢包状态时的三维CAE模型。
      分析方法包括求解器及其相应仿真算法的选择。为了全面真实地仿真钢包回转台的载荷传递哪载荷路径特点,应充分考虑销轴副的轴孔间的相对转动,应计入摩擦因素,故采用接触单元模拟销轴连接的轴孔接触面,对于回转轴承,三组滚动体亦须考虑采用接触单元模拟,接触是一种高度非线性行为,迭代求解繁琐且所用机时远比非接触问题长,且解算效率较高,以反映相对转动的运动实质,本文选用可提供接触问题静力结构算法的ANSYS仿真App作为求解器,分析结果的后处理仍采用Hypermesh完成。钢包回转台是靠底座上的40个M72的螺栓固定在设备基础上,因此对所有的螺栓施加全约束。在实际建模中,采用模拟螺栓作用的刚性单元代替,对刚性单元施加6个自由度的约束。   
      钢包回转台所受到的载荷来自两个方面,即装置自身的重力载荷和承受的钢包、钢水重力载荷。钢包回转台装置自身重力载荷为1720281.6N<175.36N。钢包回转台在高位放包时有三种载荷工况,高位满包载荷均乘1.8的冲击载荷系数无且三种工况均已分析计算,本文仅给出最恶劣工况,即“高位满包、低位为空”工况的仿真分析结果。满包载荷自身重力载荷通过施加重力加速度完成。钢包钢水角重力载荷作用在鞍形座上,将一对鞍形座上表面的若干节点用刚性单元集中连接于鞍形座对称中心点,然后在此中心节点上按不同的工况施加钢包和钢水的重力载荷。   
      采用ANSYS非线性接触结构静力分析方法仿真上述约束和载荷条件下的CAE模型,得出了钢包回转台整体系统的应力和弹性变形位移结果。表给出整体最大应力值和所在危险部位。



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