360吨蝶形钢包回转台有限元静强度分析

郭鹏飞

摘 要：用hypermesh建立360吨蝶形钢包回转台有限元模型，并用ansys对回转台进行静强度分析，得到钢包回转台在自重和钢包不同工况下的静态应力分布，验证钢包回转台的承载能力。

关键词：360t钢包回转台 有限元分析 静强度分析

中图分类号：TF341 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）005-016-03

钢包回转台是设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。它是连铸机生产线上的关键设备之一，在工作状态下承受复杂的静载荷和动载荷，因此有必要对钢包回转工作台进行各种实际工况下的受力分析。

蝶形钢包回转台的典型工况包括以下三种：

（1）单边放包且满包钢水。

（2）单边满包钢水而另一边空包。

（3）双边满包钢水。

在上述三种典型的工况下，蝶形钢包回转台受载状况是不同的，本文通过有限元分析对360t蝶形钢包回转台在上述三种典型工况环境下进行有限元静力分析，验证其承载能力。

1 有限元分析模型的建立

钢包回转台是由大量的钢板通过焊接组成的结构件，本文将厚长比小于1/15的构件采用壳单元处理，而且因为本文是从整体上分析钢包回转台的受力状态，因此在有限元建模时对钢板之间的焊接做了刚性连接处理。

3 静强度分析

3.1 钢包回转台整体系统静强度分析结果

基于上述边界条件，通过ANSYS非线性分析求解，得到不同工况下钢包回转台整体系统和关键部件的VonMises应力分部情况如图5～7所示。

不同工况下钢包回转台整体系统的最大应力值和所在危险部位如表2所列。

表2 360t蝶形钢包回转台各工况下应力分析结果

3.2 主要零部件的应力及分布

通过钢包回转台整体系统的应力分析可以看出结构的最大应力水平较高，并且零部件含不同的材料或采用不同厚度的钢板焊接，故有必要考察主要零部件的应力水平及局部分布。表3归纳了底座、回转支座、升降臂、鞍形座、连杆、销轴、衬套、上框架等主要零部件上的最大应力及其发生部位的分析结果。表中括号里的尺寸为最大应力单元所属的零件板厚或销轴直径。

从各主要零部件应力及其分布可以得出如下基本结论：

（1）底座在单边满包、一边为空时偏载最大，应力最大，随着偏载的减小应力随之减小，应力水平中等，安全系数2.3～2.9。

（2）鞍形座、连杆、销轴、衬套的最大应力和所在部位基本无变化或变化很小，应力水平中等，安全系数2.1～5.5。

（3）上框架的最大应力随着两边载荷的增加而增大，应力水平中等，安全系数1.6～1.7。

（4）升降臂的应力水平较高，最大应力随着偏载的减小而增大，这是因为两边的升降臂由液压缸与上框架连接，两侧载荷的增加对升降臂有影响，安全系数1.1～1.2。

（5）互转支撑安全系数为1.5～1.8。

4 结论

通过对360t蝶形钢包回转台的有限元静力分析，整个大包安全系数最低的部件为回转臂，回转臂应力最集中区域安全系数为1.1～1.2，回转臂均匀应力区安全系数1.7。根据欧洲起重机标准（标准号为：ENV1963-6：1999）以及国内起重机标准综合给出的安全系数为：均匀应力区n=1.5，应力集中区n=1.1。由此可见所有区域安全系数都大于标准要求，钢包回转台设计满足应力要求。