以结构模态和动态响应分析理论为依据，应用有限元分析法，对四辊可逆冷轧机的机架、辊系及轧机机座的整体强度、刚度和动态特性进行了较系统深入的理论研究和模拟仿真。为钢铁企业轧机设备改造提供了小成本改造、可持续发展提供了理论指导。
    随着对轧制板材表面质量和精度要求的提高，对轧机系统高精度和高动态性能的技术要求也越来越高，四辊轧机作为板带材生产的主要设备，对产品精度起着不可忽视的作用。对四辊轧机设备的改造，需要钢铁行业各界的大力支持，高等学府与设计院作为主要的科研机构承担的无法推卸的重任。中小钢铁企业是我国钢铁行业的重要组成部分，而中小企业资金不足、技术落后很难进行轧机的改造和产品精度的提高等矛盾尤为突出。
    为了解决设备改造提高产品质量这一实际问题，本文以实验室四辊可逆冷轧机为基础，进行了辊系改造，以便安放自动液压压下装置，提高轧机的压下精度和效率。
    1.四辊冷轧机辊系改造分析
    1.1.轧辊尺寸及材质的选择
    1.2.辊系结构的设计
     辊系包括工作辊、支撑辊、轴承和轴承等组成，它是四辊压机的主要部件，辊身、辊径和轴头组成了辊子。在确定轧辊尺寸，西安确定轧辊直径D，然后再考虑辊径等参数；工作辊直径可由最大咬入角α和轧辊的强度要求来确定；轧辊的强度条件是由轧辊各处的计算应力小于许用应力决定的。轧辊的许用应力是指其材料的强度极限除以安全系数。
    根据轧机的最大宽带依次确定工作辊辊身长度L以及工作辊与支撑辊的辊身直径。对于四辊轧机，要尽量减少工作辊直径，这样可以减小轧制压力。
    2. 四辊冷轧机强度及刚度的有限元分析
    2.1.轧机机架载荷与边界约束条件的施加
    四辊可逆冷轧机在实际轧制过程中，轧机机架的受力情况十分复杂，主要有以下几种力作用在机架上：作用在机架横梁上的轧制力、轧机机架立柱上引起的反力、机架立柱上的水平拉力对机架立柱的水平惯性力、对机架上下横梁引起的附加力、机架立柱的周向冲击力、在机架下支撑面上引起的反力。
上述各种作用力中，轧制力对机架的影响最大，机架整体受力虽然负责，但是可以忽略其他作用力的影响。对机架进行静力只选取轧制力，施加载荷时，按照均布载荷的形式施加在机架上下横梁的轴承座对应的接触面上。
    2.2.轧机机架强度结果分析
通过有限元workbench 软件后处理Solution 求解器进行结果分析处理，对四辊可逆冷轧机机架施加边界约束后，设定最大轧制力为120 吨。机架强度是横梁机架本身承受载荷能力的重要指标。
    2.3.轧机机架刚度结果分析
    在拥有足够的强度时，机架在承受载荷和冲击力是不至发生强度破坏事故，同时机架要有足够的刚度来抵抗变形，因为产品的精度具有重要的意义。
    3. 四辊可逆冷轧机模态分析
    3.1. 机架的模态分析
    3.1.1.边界条件的施加及求解
    在实际的轧制过程当中，机架通过地脚螺栓与地基轨座相连外，还通过机架底面与轨座紧密接触，因此，对轧机机架底面施加Z 方向和X 方向自由度的约束。对于单边机架模型约束的施加方法相同。模态分析不考虑外载荷的作用，故不需要施加轧制力等外载荷。
    3.1.2.四辊轧机机架的模态结果分析
    通过轧机机架的完整实体模型，利用Workbench 中的模态分析模块，求得轧机机架的前15 阶模态振型.
    四辊轧机机架有限元动态特性分析前15 阶模态的固有频率和振型如表5.1。模态分析对轧机影响最大的是前几阶振型，前六阶模态振型云图如上图。从轧机机架振型云图可以看出，机架不仅沿轧辊轴向（Z 轴方向）、轧制方向（X 轴方向）和两立柱腰部的弯曲摆动，而且还存在一定的扭转振动，该振动形态都将会机架的强度、刚度造成一定的影响，因此对机架进行动态特性分析显得尤为重要。
    3.2四辊可逆冷轧机机座的模态分析
    3.2.1.轧机机座有限元模型的创建
    在实验模拟中，应该对所建立的四辊轧机模型进行适当的简化，比如省去轧辊润滑装置和平衡装置。在对四辊轧机进行模态分析时可以不用考虑辊缝的影响。通过三维绘图软件solidworks对机架、支撑辊、工作辊、轴承座、轴承建立实体模型，对四辊轧机进行网格划分，采用四面体单元。但是由于分析过程中需要的计算机配置能力很强，并且其结果精度对网格疏密要求不是太高，所以对轧机进行模态分析时可以适当缩减网格总数。

    本论文应用有限元数值法，利用有限元模拟分析软件Workbench 对四辊可逆冷轧机机架、轧机辊系、机座整体的力学行为进行了深入的仿真分析，但是，由于实验设备条件的限制，本课题还有以下不足之处需要进一步完善：对轧机进行动力学分析时，只对机架和轧机机座整体进行了模态分析，而没有进行其他动力学如瞬态分析、谐响应分析等，需要在模态分析的基础上进一步轧机进行动态特性分析。
 

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文章名称：《冷轧机中辊系装置关键问题分析》

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