引言

在寬厚板生產(chǎn)中,軋機是主要設(shè)備之一,用于原料板坯的展寬及展長軋制。而支撐銀則是軋機的主要部件之一,主要用于承受軋制力。在更換支撐銀過程中,需要用專用吊具吊裝,由于支撐銀裝配重量較重,達到了300t,且支撐銀價格昂貴,如吊裝過程中發(fā)生墜落事故,將造成不可估量的損失。支撐銀專用吊具屬于特種設(shè)備,確保其使用安全是生產(chǎn)的重中之重,對安全系數(shù)有較高要求[1]。

某寬厚板生產(chǎn)廠專用吊具在使用過程中發(fā)現(xiàn)吊具有變形情況,吊具的吊梁變形后呈喇叭口形,導(dǎo)致吊裝時吊具與支撐銀軸承座的接觸面積較小,使用風(fēng)險較大。本文將對專用吊具進行受力分析,分析其變形情況,并對此進行優(yōu)化改造。

1吊具結(jié)構(gòu)

圖1是吊具的結(jié)構(gòu)三維圖,由吊梁、吊臂1、吊臂2、吊鉤、連桿及銷軸等組成。其中,吊梁為龍門結(jié)構(gòu),帶有4個腿部結(jié)構(gòu):吊鉤則通過銷軸安裝在吊梁的腿部結(jié)構(gòu)上:吊臂1和吊臂2則用于系掛在行車的雙鉤吊具上。從吊梁的結(jié)構(gòu)形狀上進行分析,由于腿部位置相互間不能連接在一起,因此這種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。在腿部受力時將會出現(xiàn)較大的位移,因此認為在腿部與上方橫梁連接的根部位置的剛度不夠。

圖1吊具結(jié)構(gòu)圖

2吊具受力分析

為了簡化模型,去除吊具上的吊臂及連桿等,對吊具重新建立1/4有限元模型,如圖2(a）所示。采用六面體單元對其劃分網(wǎng)格,共劃分99766個節(jié)點和59206個單元,單元最大尺度為54mm,如圖2(b）所示。然后對劃分網(wǎng)格后的模型設(shè)立邊界位移條件,在兩個中心對稱面上添加對稱約束邊界條件,在吊梁頂部安裝銷軸的孔處添加零位移約束。此外在腳部的吊鉤上表面施加304.7t的1/4載荷,即76.175t,如圖2(c）所示。

(a）1/4有限元模型

(b）網(wǎng)格劃分

(c）邊界條件及載荷施加

圖2有限元模型

對1/4有限元模型進行計算,計算結(jié)果如圖3所示。由圖3(a）可知,在吊鉤軸左側(cè)處的應(yīng)力最大:由圖3(b）可知,第一主應(yīng)力為164.6MPa:由圖3(c）可知,第三主應(yīng)力為-122.6MPa。按照有限元分析準(zhǔn)則,當(dāng)?shù)谌鲬?yīng)力是正值時,用第一主應(yīng)力校核:當(dāng)?shù)谌鲬?yīng)力是負值時,就用等效應(yīng)力來校核。因此,本文采用等效應(yīng)力校核,吊鉤處應(yīng)力為為289.8MPa。由于選用的材料為S355J2J3,其抗拉強度為490MPa,屈服強度為310MPa,因此安全性可以滿足要求。

圖3受力云圖

此外吊梁的位移云圖結(jié)果顯示,在腿部底部位置沿橫向的位移最大,其大小為3.7mm,該數(shù)據(jù)對使用過程有一定影響。制造過程中材料未達到使用要求或焊接質(zhì)量存在問題時,在長時間使用后會造成該數(shù)值進一步變大,會進一步減少吊鉤與支撐粗軸承座的接觸面積,存在較大的風(fēng)險。在實際使用過程中,該數(shù)值達到了8mm以上,因此該吊具設(shè)計存在缺陷,安全系數(shù)較低,應(yīng)予以加固改造。

3吊具改造設(shè)計及分析

根據(jù)上文分析,在對吊具改造時最簡單的辦法是增加腿部與上方橫梁連接的根部位置的尺寸,但應(yīng)考慮空間尺寸是否充足。對上、下支撐粗吊裝模型分別進行分析可以發(fā)現(xiàn),上支撐粗軸承座與吊具腿部上方根部位置更近一些,其間距為692.5mm。此外,在系掛支撐粗的過程中還需要預(yù)留一定的吊鉤活動空間,最少為150mm,按300mm計算,則可以有392.5mm的改造空間,將這部分空間留給吊梁改造增加尺寸,將會有明顯的效果。

尺寸優(yōu)化如圖4(a）所示,為腿部鋼板斜面增加185mm時的尺寸。采用上述同樣的方法對其1/4有限元模型進行受力分析發(fā)現(xiàn),如圖4(b）所示,其底部位移減小到1.78mm,相比上文的3.7mm已經(jīng)有了很大改善,可見增加此處寬度對減小變形有一定的效果,且增加寬度后并不會影響支撐粗的吊裝。另外腿部吊鉤銷軸可以通過增加直徑來降低應(yīng)力水平,從而保證吊具不會出現(xiàn)疲勞斷裂的情況。由于空間尺寸上的限制,已難以進一步通過尺寸優(yōu)化減少變形,但在一定程度上對吊梁腿部進行筋板加固或者增加腿部厚度也會起到作用,且不會影響吊具的使用。

圖4吊具尺寸優(yōu)化圖及位移云圖

4結(jié)語

本文以某寬厚板生產(chǎn)廠軋機支撐粗專用吊具為研究對象,針對使用時出現(xiàn)的變形情況進行了有限元分析及優(yōu)化,結(jié)果表明優(yōu)化后的吊具變形情況有所好轉(zhuǎn)。在改造過程中可以通過增加腿部厚度或在腿部加焊筋板的方法進一步減小變形。此外,在制造過程中應(yīng)保證鋼板焊接質(zhì)量,如果腿部采用性能更強的材料也會進一步減小變形。