基于ANSYS二次开发的轧辊磨损研究

吴 娜，魏云平

（唐山学院 机电工程系，河北 唐山063000）

板带钢尤其是中厚板在国民经济中占有极其重要的地位。板带钢的轧制过程中，轧辊磨损是难以精确控制的因素之一，控制不当既增加辊耗，又对轧件的板形、板凸度的精确性产生重要影响，制约产品质量的提高。因此，进一步探究中厚板轧辊间的磨损特性，建立针对辊间磨损的预警模型，对提高轧机控制水平和改善产品质量具有重要意义。［1］

1 基于APDL轧辊专用分析模块的开发

ANSYS有限元分析软件是目前应用比较广泛的大型分析软件之一，其分析过程一般包括四部分，即：建立有限元模型－施加边界条件－求解计算－结果分析。为完成这些步骤，ANSYS软件提供了两种操作方式，即用户图形界面（GUI）操作与参数化设计语言（APDL）操作。ANSYS参数化设计语言是一种通过参数化变量方式建立分析模型的脚本语言，它可作任何ASCII文件的编辑软件生成，如记事本文件。在工程实际中，可以利用APDL开发专用分析程序实现特殊分析的目的，把这些专用的分析程序编写成一个个的宏文件，然后由一个主分析程序控制整个流程，在需要的时候调用所需要的宏文件。宏文件中经常需要给某些参数进行赋值，这时可以利用APDL的界面语句定制简单的参数赋值界面并建立适当的消息机制。当所有分析程序和宏文件都编写好后形成一个专用分析程序时，可以在Toolbar上建立相应的功能按钮进行程序的驱动和调用，实现对专用分析模块的过程控制［2］。本文利用APDL所开发设计出的专用分析模块工具条如图1所示，其包括：数值模型建立和数值分析及结果输出两部分。

图1 添加按钮后的工具条

1.1 MODEL分析模块设计

本文以某一种中厚板四辊轧机的结构参数为依据建立轧辊模型，工作辊、支承辊在公称轧制力作用下压靠，忽略了轧辊间轴线空间交叉以及轧板跑偏的影响。四个轧辊（其中两个支承辊、两个工作辊）在空间布置形式是上下对称布置，在中厚板轧制过程中轧制板材中心层可认为在下压方向不发生位移变化和塑性变形。因此，在建立实体模型时，以板材的中心层作为对称平面，仅建立其二分之一的轧辊模型（即一个支承辊，一个工作辊以及厚度一半的轧制板材），由于工作辊轴承座不承受轧制力，即工作辊辊身外侧伸出端也不承受轧制力，所以根据圣维南原理，将工作辊辊身以外的部分予以简化，所建模型如图2所示。

图2 轧辊工作模型

APDL编写模型建立可是对话框命令流为：

单击MODEL按钮弹出的对话框如图3所示。

图3 MODEL对话框

1.2 WORKSOLV分析模块设计

在该模块中实现材料属性、单元属性的设置，其命令流如下所示：

单击WORKSOLV按钮弹出的对话框如图4所示。

图4 WORKSOLV对话框

2 结果的分析对比

利用本文设计的专用模块试输入一组轧辊参数进行分析对比，沿两轧辊的辊身方向的变形曲线为：工作辊辊身位移图如图5，支承辊辊身位移图如图6。与牛继龙的文章《中厚板轧机轧辊磨损的研究》中得出的工作辊磨损实测曲线（图7）和支承辊实测磨损曲线（图8）的形状和变化相吻合［3］，说明本文所建模型具有较高的实用性。

图5 工作辊的辊身位移曲线

图6 支承辊辊身位移曲线

图7 工作辊磨损实测曲线

图8 支承辊实测磨损曲线

3 结论

（1）轧辊磨损专用模块的设计，简化了轧辊设计和辊间磨损分析的过程，大大提高了轧机设计的效率。

（2）通过本专用模块针对某一轧机的数值分析结果与实际测得数值的比较，可知轧辊工作过程中沿辊身的磨损变形与实际测得情况相吻合。

［1］ 庞志锋．中厚板轧机轧辊磨损及其数学模型研究［D］．秦皇岛：燕山大学，2004．

［2］ 赵小伟，卫良保．基于APDL的桥式起重机主梁快速优化设计［J］．太原科技大学学报，2012，33（1）：49－53．

［3］ 牛继龙．中厚板轧机轧辊磨损的研究［J］．南钢科技与管理，2005（1）：1－3．