工作辊快速换辊装置大车架刚性分析

温立永

（中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039）

工作辊快速换辊装置大车架刚性分析

温立永

（中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039）

利用三维CAD软件对铝带冷轧机工作辊大车架建立三维模型，并进行CAE分析，准确找出刚性薄弱部位，进行改善。

工作辊换辊小车；大车架；CAE；应力分析

为提高轧机工作效率，减少辅助时间，现在的铝带冷轧机都配有工作辊快速换辊装置，该装置主要结构如下。

图1 青铜峡1850冷轧机工作辊辊快速换辊装置1.小车；2.中车；3.大车；4.工作辊；5.换辊车轨道；6.轧机机内轨道

换辊时，大车前进至工作位，小车前进将轧机内工作辊拉出，中车横移，小车将已磨制好的工作辊推入轧机，大车返回，换辊工作完成。

在实际生产中使用发现，当该装置背负两对工作辊时，换辊车轨道变形严重，在和机内轨道相接的地方形成约5mm的高差，导致小车推工作辊进入轧机时行走困难，甚至无法完成换辊操作。

1 大车架原始设计的刚性分析

中车的受力点和支撑点非常接近，变形可以忽略；变形主要发生在大车架上。

图2 大车架三维模型

图3 大车架三维应力分析结果

大车架由型钢和钢板焊接而成，四个车轮与轨道接触作为支撑点。中车最多可背负二对工作辊，通过中车行走轨道将重力传递至大车架上。当小车推动工作辊行走至换辊车轨道上时，重力作用到悬臂的换辊车轨道上，导致其变形严重和机内轨道分离。

大车架形状复杂，受力分布不均匀，常规的手工计算无法准确的计算大车架各部位的变形量，进而无法分析发生变形的主要原因。现可以用三维软件的应力分析模块对其进行受力分析。

从上图可以看出，大车架在工作中最大变形发生在换辊车轨道末端，有5.2mm（与换辊车在实际工作中的情况一致）。

从大车架的结构上看，主要承受压力的中间部分，主要由行程这种较大变形的主要原因有两个：1）大车架中间的“井”字结构处较薄弱，此处的变形传递至换辊车轨道；2）换辊车轨道为悬臂结构。

2 大车架改进设计

基于以上分析结果，可以对换辊车进行改进。改进有如下限制：1.换辊轨道标高不能改变，机大车架的整体高度不能增加；2.换辊车轨道位于轧机底坑上方，无法增加支撑，换辊车轨道只能是悬臂结构；3.与中车、小车的连接方式不能改变；4.大车架最外侧两个型钢变形非常小，不需要增强。

由于上述限制，在设计上，大车架做出如下改进。

1）用刚性更强焊接工字钢代替原“井”字结构中的槽钢、方钢等型钢；2）在“井”字结构的基础上，增加连接型钢，在尽量少增加重量的前提下，通过结构改善增加刚性；3）更改车轮的位置，使其更加接近“井”字结构的横梁，减少悬臂长度；4）最外侧的两个型钢没有改变。

从前面的分析结果可以看出：1）两侧安装车轮的型钢未有明显变形；2）大车架最大变形处仍在换辊车轨道末端，但变形量明显变小，最大变形为2.08mm，是原车架变形量的40％；3）“井”字形中间的部位变形也得到控制，最大变形在1mm左右，是原车架变形量的30％。

图4 改进后的大车架三维模型

图5 改进后的大车架三维应力分析结果

3 结束语

此大车架是青铜峡1850冷轧机换辊车的主要钢结构件，由于形状复杂，收情况复杂、传统的手工计算无法对该车架做出准确的刚性计算，第一次制造车架在使用过程中发现变形严重，甚至导致换辊工作无法顺利完成。

改造时使用了三维CAD软件，建立三维建模、进行应力分析，计算出准确的变形量，找出薄弱环节并基于加强。改进后的大车架重3446Kg （原大车架重2350Kg），重量增加约46％；刚性增强2.5倍。改造后的大车架实际使用时测量变形量为2mm左右（和受力分析结果一致），能顺利完成换辊，满足生产要求。