基于灵敏度分析的轧机联轴器整体尺寸优化

文中以某钢厂3800 mm粗轧机滑块式万向联轴器为研究对象,基于灵敏度分析,采用整体尺寸优化技术,寻找结构各尺寸变量的最佳组合,从而减小结构整体应力。建立联轴器的三维有限元模型,并对其进行了极限工况下的静强度分析。分析结果表明:在扁头的圆弧根部、叉头的滑块槽根部和进油孔与弧形面根部有较大应力。通过灵敏度分析,确定了结构各尺寸变量对结构整体应力影响程度,选择灵敏度较大的4个尺寸变量作为设计变量,以叉头虎口应力最小为优化目标,同时约束叉头和扁头应力在适当范围内,对联轴器进行尺寸优化。根据优化结果对结构进行重新设计及强度对比分析。结果表明:轧机整体平均应力减小,最大减幅约70 MPa,说明优化后的结构尺寸配合更科学和更合理,有效提高了联轴器强度。

重型轧制联轴器磨损演化及影响因素研究

轧制过程重型联轴器构件可自由伸缩及相对摆动,导致铜滑块极易磨损,磨损间隙引发的轧制冲击严重威胁整机结构安全。为此,文中以某钢厂3 800 mm初轧机联轴器为研究对象,建立联轴器轧制磨损动力学模型,采用表面轮廓动态更新方法对服役寿命内滑块磨损演化特性进行仿真及试验,在此基础上研究了联轴器转速、构件伸缩位移及相对摆角等因素对滑块磨损特性的影响规律。结果表明:轧制过程滑块磨损在时间和空间上都非常不均匀,由于滑块与销轴发生相对旋转滑移导致空间上滑块边缘磨损最为严重,由边缘向中部磨损逐渐减轻;时间上,由于滑块磨损产生间隙引起冲击,导致滑块磨损不断加快,磨损后期磨损最为剧烈;转速、构件摆角及轴向伸缩对磨损量空间分布特性无明显影响,但是对滑块的磨损速度影响很大;磨损中后期随着转速的提高,冲击增大,磨损速度显著加快;构件摆角与轴向伸缩量增大会导致滑块接触面滑移距离明显变长,从而大幅加速滑块磨损。

基于表面能的湿煤颗粒含水率表征方法

表面能为湿煤颗粒含水率的表征参数。为解决在离散元仿真模拟中非球形湿煤颗粒表面能的设置问题,首先通过圆筒法测量不同含水率的9种煤料的堆积角,研究堆积角与含水率间之间的关系;随后利用EDEM进行圆筒堆积仿真试验,建立堆积角与表面能之间的线性回归模型;最后运用回归分析法建立含水率与表面能之间的二次多项式回归数学模型。结果表明:粒径为3~5 mm的湿煤料颗粒的堆积角随着含水率增加而增加;表面能为0~2 J/m~2时堆积角随表面能呈线性缓慢增大趋势;表面能为2~3.75 J/m~2时堆积角随表面能快速增大;基于表面能的非球形湿煤散料颗粒含水率的数学模型与实验结果的最大误差小于2%,说明表征方法准确可靠。由数学模型测算可知:当含水率≤10%时,表面能随含水率快速增大;当煤料含水率>10%时,表面能随含水率增大的趋势趋于平缓。

重型轧机联轴器圆角应力集中引流拓扑优化

圆角应力集中是重型装备频繁开裂的一个重要原因。基于应力引流思想,以轧机联轴器为对象,通过拓扑优化技术解决其圆角应力集中问题。建立了联轴器的三维有限元模型,并对其进行了应力分析,表明应力最大部位集中在槽口根部的3个圆角交汇处。对此,根据应力引流思想,将滑块安装槽圆角及内圆柱面定义为优化设计区域,其他部分为非设计区域,以柔度最小作为优化目标,以圆角应力点的最大应力作为约束条件,对叉头圆角进行拓扑优化,得到一个近似槽状的拓扑结构。根据拓扑优化的结果对圆角进行了重新设计以及对比分析。结果表明:优化后圆角交汇处最大应力减少了约100 MPa,降幅达20%,说明应力引流对于改善圆角应力集中效果明显。