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调宽机动态性能研究与板坯侧压过程热力耦合有限元模拟

冯宪章  
【摘要】:为了满足用户对带钢宽度尺寸的特殊要求,生产厂家须根据市场需求小批量、多规格地组织生产,连铸坯必须提供足够的规格,这样就不得不增加连铸设备。为了适应激烈的市场竞争,降低成本,减少连铸坯的种类,实现连铸和热轧之间板坯宽度上的连接,大侧压调宽技术应运而生,并得到了很大发展。 我国宝钢股份有限公司 1580 热轧厂引进一套大侧压调宽机,即 SP(Sizing Press)调宽轧机,对减少连铸板坯宽度规格、种类和扩大热轧生产规模起到了良好的作用。本文以宝钢股份有限公司和燕山大学轧机研究所签定的“SP 受力分析及故障对策研究”课题为依托,系统地分析了 SP 压力调宽机的整体运动学和动力学特性,并研究了板坯在侧压过程中的变形规律。 为了研究 SP 压力调宽机模块的有效行程,利用矢量理论和优化理论建立了模块有效行程的数学模型。为了进一步增大模块的有效行程,本文提出在同步机构上增加一曲柄滑块的方法,建立了改造后模块有效行程的数学模型,进行了优化分析。使得模块的有效行程得到了极大的增加。 通过分析调宽机模块的运动特性,可获得板坯侧压的位移和速度边界条件。利用热力耦合和弹塑性非线性有限元理论对板坯的侧压过程作了全面的模拟,并分析了板坯的不同初始温度、初始宽度、侧压量、模块角度和倾角对板坯截面形状、轧制力和温度场的影响。 利用有限元和冲击理论建立了 SP 压力调宽机含间隙的刚体和弹性体的动力学模型。分析了调宽机在工作状态和空载状态下,机构运动副中的间隙、摩擦、轧制力的冲击和侧压连杆弹性变形对运动副的受力和模块运动的影响。分析了板坯侧压过程中侧压连杆动应力动应变和时间的变化规律,研究了侧压框架和同步框架在同步方向上间隙不同时,接触力在时域和频域内的变化规律。 为了分析衬板断裂的原因并提出相应的改造方案,结合板坯侧压过程模块倾角对轧制力的影响和模块在侧压方向上的运动,利用小变形理论建立了衬板在重力方向上的受力分析模型。为了进一步分析衬板内部应力的分布和变化规律,利用非线性有限元理论建立了衬板受力分析的有限元模型,经过大量的数据分析,为衬板的改造提供了理论上的支持。


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