钢包回转台支撑臂受力分析
连铸钢包回转台回转臂冲击系数分析
２ 钢 包 回转 台 的组 成 和 基 本 参 数
如 图 １ 示 ，钢 包 回转 台 主要 由预 埋 框 架 、 所
地脚 螺栓 、固定框 架 、回转 由承 、回转框 架 、回 转臂 、驱 动装 置 、钢包加 盖 机构 、称量 装 置 、液 压 系统 、润滑 系统 等组成 。 钢 包 回转 台基本 参数 如下 ： 回转 台型式 ：蝶形 、整体 回转 、两 承载 臂 可
重 型 机 械
・ ５・ ４
连 铸 钢 包 回转 台 回转 臂 冲击 系 数分 析
刘俊 日，孟 广兵
（ 海 宝 钢 工 程 技 术 集 团有 限公 司 ，上 海 上 ２ １０ ） ０ ９ ０
摘
要 ：钢包 的冲击 系数是 钢包 回转 台设 备设 计的重要 参数 ，不同结构 、不同工况下 的钢包 回转
（ ａ ｔｅ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＴ ｃ ｎ ｌｇ ｒ ｐＣ ． ｔ． ｈ ｎ ｈ ｉ ０ ９ ０ Ｂ ｏＳｅ ｌ ｎ ｉ ｅｉ ｅ ｈ ｏｏｙ Ｇ ｏ ｏ ，Ｌｄ ，Ｓ ａ ｇ ａ ２ １ ０ ，Ｃ ｉａ ｎ ｎ ｕ ｈ ） ｎ
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【分析】毕业设计钢回转台联接螺栓的有限元分析
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 【关键字】分析内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：310T×2钢包回转台联接螺栓的有限元分析学生姓名：学号：专业：机械设计制造及自动化班级：指导教师：目录中文摘要Abstract第一章绪论1.1现代连铸机的结构特征1.2钢包回转台的组成1.3钢包回转台的基本形式1.4钢包回转台回转支承存在的问题1.5三排滚柱式回转支承的形式与特点1.6钢包回转台的载荷特点1.7钢包回转台的工作原理及工艺流程第二章钢包回转台的载荷参数及螺栓受力计算2.1 钢包回转台的载荷参数2.2 钢包回转台各种工作状况分析2.3 钢包回转台基础载荷和螺栓受力计算第三章钢包回转台联接螺栓受力分析的方法3.1 有限元方法的发展3.2 有限元法分析的一般步骤3.2.1 结构离散化3.2.2 单元分析3.2.3 整体分析3.3 ANSYS软件的介绍3.4 ANSYS有限元分析的典型步骤3.4.1 建立有限元模型3.4.2 加载和求解3.4.3 结果后处理第四章钢包回转台联接螺栓的有限元分析4.1 实体模型的建立4.2 有限元模型4.2.1 设置单元属性4.3 实体模型的网格划分4.4载荷及约束的施加结束语致谢参考文献摘要本设计题目是310T*2钢包回转台联接螺栓的有限元分析。
目标是利用ANSYS软件进行对钢包回转台联接螺栓进行有限元分析。
对钢包回转台底座选用了三排滚柱式回转支承，同时介绍三排滚柱式回转支承的原理、选型方法与计算。
在设计过程当中选用M42*400、10.9级精度的高强度螺栓来进行计算。
重点是用三排滚柱式回转支承联接螺栓的应力理论计算数值与ANSYS中有限元应力分析云图结果进行比较。
介绍本次设计的过程：第一，介绍大型连铸设备的发展及钢包回转台的一些基本概况，钢包回转台的组成和工作状况的介绍，同时介绍了钢包回转台的工作原理和工艺流程。
钢包回转台的基本形式和载荷受力特点；第二，介绍三排滚柱式回转支承安装螺栓装载能力的选型方法和原理。
某钢厂钢包回转台改造过程中存在的问题及对策
某钢厂钢包回转台改造过程中存在的问题及对策作者：王勇徐旭王建华来源：《山东工业技术》2017年第23期摘要：本文通过某钢厂直臂型钢包钢包回转台改造为蝶型升降式钢包回转台的工程实例，论述了在实施改造过程中存在的问题及处理对策，为类似改造项目提出了参考思路和方法。
关键词：钢包回转台；改造；条件限制；三维设计；对策DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.23.0171 引言某钢厂的钢包回转台建于2003年，设备结构形式相对落后，且经过十多年的生产使用，设备故障率越来越高，部分功能及机构已经停用或缺失，现有钢包回转台已不能保证连铸机及后续轧钢生产线的稳定连续生产。
随着市场需求的不断扩大和对产品质量要求的提高，该厂提出对连铸钢包回转台设备进行改造、完善设备系统功能以实现企业的降本增效和产品品质的提升。
2 改造总体要求及主要参数根据生产工艺和业主的要求，本次改造采用升降式钢包回转台。
要求工艺衔接必须与连铸生产线其他设备相适应，设计过程复核基础承载能力及地脚螺栓强度，控制改造后设备重量和总体高度，实现自动化及安全联锁控制。
同时业主为了统一生产备件规格，要求本次改造钢包回转台的回转支承、减速机、传动电机、事故驱动液压马达及传动小齿轮等与现有钢包回转台完全统一。
主要参数：（1）承载能力：160t×2；（2）回转半径：R=5000mm；（3）钢包升降行程：600mm （行程范围内任意高度可停）；（4）钢包加盖机构：顶部标高不得高于原有回转台。
3 改造面临的问题及对策受限于现有设备工艺配置、基础条件、厂房高度及上述要求等诸多条件限制，我们在具体实施过程中分步优化方案并提出了相应的解决对策。
3.1 基础及地脚螺栓利旧由于本次改造要在原有位置重新安装新制的钢包回转台，从安全方面考虑，需要重新校核基础的承载能力，并通过控制新制设备重量以适应现有基础。
根据用户提供的地勘资料，基础施工图我们重新核算了基础的承载能力，通过计算和现场勘查确认基础的实际状态满足改造要求。
钢包回转台旋转臂倾斜故障原因分析与排除
钢包回转台旋转臂倾斜故障原因分析与排除[摘要]本文针对板坯连铸机直臂式钢包回转台旋转臂倾斜、旋转过程中出现振动、防扭支架频繁开裂等故障进行分析，从螺栓预紧、设备安装等方面采取改进措施，解决了设备故障。
【关键词】旋转臂；回转轴承；钢包回转台1、设备概况舞钢公司板坯连铸机安装的是直臂式钢包回转台，自重158t，单臂满包负荷160t，双臂满包负荷320t，回转半径达4500mm。
旋转时轴承承载负荷大、偏载严重且转速慢；在整个运行过程中处于倾覆力矩作用下的间歇转动，启动频繁，工作时有一定冲击。
我公司钢包回转台自1992年投用，运行至2004年时，轴承出现异音，2004年6月大修期间更换了回转轴承。
运行不久，常出现防扭支架开裂，且旋转时有振动的现象，虽对防扭支架进行了多次加固，但仍频繁开裂；重新多次预紧回转轴承紧固螺栓，回转臂的倾斜现象还是越来越严重。
经测量，回转臂座包时的最大倾斜高度已达35～40mm，严重的影响了设备的安全运行。
2、原因分析及解决措施我公司钢包回转台出现的主要故障是旋转臂座包时倾斜严重、旋转过程中出现振动、防扭支架频繁开裂。
防扭支架是为了防止回转臂旋转时通过回转轴承带动外坐架转动而安装在外坐架和内坐架之间的零件，它所受力主要是旋转臂旋转时通过回转轴承的外圈、滚动体、内圈传递过来的。
在回转轴承正常工作的情况下，内部摩擦很小，这个力不大。
防扭支架频繁开裂的唯一原因是回转轴承内部摩擦太大，把旋转臂旋转时产生的力传递给了外座架，进而使防扭支架开裂。
从回转轴承的结构及受力特点分析，轴承内部辊道面及滚动体受损是回转轴承旋转时阻力过大的主要原因。
轴承内部辊道面及滚动体受损后，润滑条件变差，配合间隙增大，产生冲击载荷使得磨损速率急剧增加，进而引起旋转过程中出现振动现象，旋转臂座包时倾斜严重。
为查明轴承损坏原因并彻底排除故障，决定在2005年底中修时更换旋转轴承。
发现下线旧回转轴承的内外圈主推力有几处疲劳磨损现象，外圈推力滚道整圈磨损存在麻坑状。
阐述基于有限元的钢包回转台结构优化
阐述基于有限元的钢包回转台结构优化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，起着连接上下两道工序的重要作用。
蝶形钢包回转台由底座、升降液压缸、回转架、钢包支座、回转臂、平行连杆、鞍形座、驱动装置、防护板等组成，其单臂承载能力为230t。
为降低人工成本，节约时间，利用以前设计的原单臂承载能力230t钢包回转台，利用有限元软件计算载荷在280t情况下的受力情况，根据分析结果对其结构进行改造，达到承载要求。
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。
钢包回转台工作时，液压缸有推力作用，本分析中把液压缸的推力当成系统内力，用刚性单元代替，如图1所示：图2是钢包回转台支撑臂处在接放钢包状态时的有限元分析模型。
钢包回转台各部分材料机械性能数据见表1。
2 边界条件2.1 约束钢包回转台是靠底座上的40个M72的螺栓固定在设备基础上，因此分析时用模拟螺栓作用的刚性单元代替实际螺栓，并施加全约束载荷。
如图3所示为底座约束局部图。
2.2 载荷钢包回转台所受到的载荷为装置自身的重力载荷和承受的钢包、钢水重力载荷。
2.2.1 自身重力载荷。
钢包回转台装置自身重力载荷：1720281.6N（175.36t，加上加盖装置自重）。
2.2.2 钢包、钢水重力载荷。
钢包回转台在高位放包时有三种载荷工况（以下分析中所述的高位满包载荷均乘1.8的冲击载荷系数）：工况I：高位满包、低位为空：满包载荷：280000×9.81×1.8=4.944E+6N工况Ⅱ：高位满包、低位空包：满包载荷：4.944E+6N空包载荷：100000×9.81=9.81E+5N工况III：双边满包：高位满包载荷：4.944E+6N低位满包载荷：280000×9.81=2.75E+6N钢包（含钢水）的重力载荷作用在鞍形座上，在本分析中将一对鞍形座上表面的若干节点用刚性单元集中连接于鞍形座对称中心点，然后在此中心节点上按不同的工况施加钢包和钢水的重力载荷，如图4所示：3 静强度分析基于上述边界条件，采用ANSYS非线性接触结构静力分析方法，得出了钢包回转台整体系统的应力和弹性变形位移结果。
蝶式钢包回转台和四连杆式钢包回转台对比分析
装 了钢包 加盖装置 ， 以单独旋转 和升 降。 可
盛满钢水的钢包 ， 将钢包转至连铸跨 的浇注位置进 行浇注。完成钢水浇注后， 钢包 回转 台旋转将空钢 包送 回炼钢 跨 ， 时将新 的盛满钢 水 的钢 包送 至 连 同
铸跨 ， 而保 证 连铸 机连 续浇 注生 产 。 回转 台在钢 从 水接 受跨 低 位受 包 ，升 至高 位后再 转 到浇 注位 ， 钢 包 水 口到 达 中 间包 正上 方 时 下降 ， 使钢 包 长水 口降 到 中 间包 液 面之 下 适 当位 置 ， 采用 中位 浇 注 ， 实 可 现 长水 口安 装 、 钢水 浇 注 、 钢水称 重 、 多炉 连 浇及 事 故处 理 等各项 操作 。 目前 ， 球 现代 化钢 铁企 业 连铸 生产 中广泛使 全
四连杆 式钢 包 回转 台有两 个用来 支承钢 包 的钢 包臂 ， 个钢包 臂通过 销轴分 别与上连 杆 、 每 下连杆相 连接 ， 由一个单独 的液压 缸推动 钢包升 降 。 液压 缸垂 直 布置在旋 转框架 的两侧 ，并分 别处于 各 自上 连杆 与旋 转框架 之间 。每 个升 降液压缸 的上 下端均 用球
蝶式钢 包 回转 台 ， 图 １ 如 所示 。主要 由鞍 座 、 称
１ ． 鞍座 ２称 量装置 ３拉杆 ４叉型臂 ５倾 动装 置 ． ． ． ． ６球 面 推力 轴 承 ７旋 转 框 架 ８底 座 ９塔 座 ． ． ． ． ｌ． ０回转大轴承 １． 回转驱动装置 １． １ ２钢包加盖装置
量装置、 杆、 拉 叉型 臂 、 倾动 装置 、 面推 力轴 承 、 球 旋
用 的钢 包 回转 台主要 有 两种 结构 型式 ， 即蝶 式和 四
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曜 Ｆ 罾 —
萄 ｆ ｊ『 ｌ １＝ 列 口 裒
钢包回转台回转支承紧固
坯 和 方 坯 弧形 连 铸 机 的 主 要 机 械 设备 ： 包 回转 台 的结 构 、 作 特 点 钢 工 以 及 现场 回转 支 承 的 预 紧 力 紧 固方 法 和 计 算 实 例
钢包 回转 台工 作 特点 ： ① 重 载 。钢 包 回 转 台 加 自身 重 量 承 载 几 十 吨 到 几 百 吨 的 ， 两 个 当 转 转臂 都 承 托 着 盛 满 钢 水 的钢 包 时 ， 受 的 载 荷为 最 大 。 所 ② 偏 载 。 钢 包 回转 台 承载 的工 况 有 六 种 ： 边 满 载 ， 满 一 空 ， 两 一 一 满 一无 ， 空 一 无 ， 一 两无 ， 空 。 大 偏 载 出 现 在 一满 ～ 无 的工 况 ， 时 两 最 此 钢包 回转 台会 承 受 最 大 的倾 翻 力 矩 。
高强度螺栓
逐 渐 替 代 小方 坯 连 铸 机 。 公 司 与 设计 单位 合 作 共 同 研 制 许 多大 方 坯 我 和 板坯 连铸 机 并 已陆 续 投 产 。连 续 铸 钢 从 工 艺 流 程 上 来 说 ． 包 回转 钢
台 必 须 适 应 高 温 钢 水 由液 态 变 成液 固 态 ， 变 成 固态 的全 过 程 ． 求 又 要 机 械设 备 有 足 够 抗 高 温 的 疲劳 强 度 和 刚 度 ，制 造 和 安 装 精 度 要 高 ， 易 于 维 护 和 更 换 ， 且 要 有 充 分 的 润 滑 ， 在 主 要 根 据 现 场 经 验 介 绍 板 并 现
钢包回转台支撑臂的有限元静强度分析
２ ５ ２ ＭＰａ 。
过 密 度 和重 力加 速 度
的方 式施 加 。
３２ ＡＮ ＹＳ支撑 臂 静 力 学分析 求解 ． Ｓ
２２ 划 分 网格 ．
Ａ Ｓ Ｓ 解一 般 板 壳 结 构 问 题 的步 骤 卜平 面 问题 、 ＮＹ 求 ｊ
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该 准 则 是 对 利 用 一 般 材 料 力 学 计算 方 法 所
形 ， 于线弹性 系统 ， 属 因此 可 采 用 线 弹 性 有 限元 方 法 进 行 计算 。 有 限元 法是 一 种数 值 近 似 的方 法 ， 以位 移 法 为基 础 ，
３ 约束 、 荷 的 施加 及 有 限元模 型 的 求解 载
３Ｊ 约 束 、 ． 载荷 的施 加
支撑臂 是 通 过 连杆 与 回转 台底 座 铰接 在 一起 。 支撑 臂 上 端 铰 接 孔 壁 处 仅 释 放 铅 垂 平 面 内 的 转 动 自 ｒ 度 ｆ ｊ
钢包 回转 台 的 主要 承 载 结 构 由 支撑 臂 、承 重 桥 、 拉 杆 、 座 和 回转 支承 轴 承 五 部 分 组 成 。 回转 支承 部 分 与 底 底座 之 间通 过 大 直 径 回转 支 承 轴 承联 接 ， 能做 相 对 转 并 动 。各 部件 之 间采 用 高 强度 螺 栓 联 接 。同时 底 座 也 用高 强度 地 脚螺 栓 安 装 在 地基 一 。 承臂 与底 座 均 为 不 同厚 卜 支 度 钢 板 焊 接 结 构 ，在 正 常 载 荷 作 用 下 只 会 产 生 小 的变
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钢包回转台支撑臂受力分析
摘要:在建立某厂钢包回转台支撑臂三维CAE模型的基础上,利用有限元软件进行静态强度分析,得出其钢包会转台提升臂在最恶劣的工况下各部位应力的大小分布,确定可能发生破坏的危险部位。
给出钢包会转台提升臂工作时的强度,刚度和稳定性,便于进一步展开其动应力分析、疲劳分析。
关键词:钢包回转台应力分析有限元分析
钢包回转台是连铸机生产线上的大型关键设备之一,设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨、支撑钢包的设备,起着连着上下两道工序的重要作用。
宝钢集团某厂钢包回转台带2个钢包蝶形支架,可单独提升和下降并带共用旋转装置。
炉容量为150t,最大160t,加钢水后钢包重:额定230t,最大240t。
钢包回转台支撑臂在生产中要承受较大的载荷和冲击。
支撑臂是钢包回转台的重要承载构件,它的强度直接影响着回转台的寿命。
支撑臂为整体焊接材料,材料选用Q345-D,在材料厚度大于16mm、小于35mm的情况下,该材料的屈服极限为325MPa,抗拉极限为470MPa～630MPa。
1 建立回转台支撑臂三维实体模型
回转台支撑臂的三维实体模型如图1所示,为模拟研究对象的受力特点及减少计算量,根据其特点,对其结构进行必要的简化。
在不影响计算精度的前提下,减少原结构的部分倒角,倒圆及圆孔。
2 网格的划分
本文利用有限元软件自动划分网格,软件可以设定单元尺寸大小。
单元越小即划分得越近精密而产生的网格离散化误差越小,但是网格划分得越细则单元及节点越多,导致单元的计算规模过于巨大。
为了能细致反映结构的力学特性,又尽可能限制计算规模,对网格大小进行了合理的划分,对结构进行0.04m单元划分。
3 约束条件和加载
3.1 约束条件
钢包回转台支撑臂是靠上下4个销轴与回转台上下连杆连接的,上连杆由油缸支撑。
因此对4个销轴孔施加全约束,如图2所示。
3.2 载荷与加载方式
钢包回转台支撑臂的载荷有钢包和钢水的重量构成,加钢水后钢包重:额定230t,最大240t。
本文给出最恶劣的工况,即满包时并乘以1.8的冲击系数仿真分析结果。
满包支撑臂载荷为:240000/2×1.8×9.81=2118960N。
加载的位置和方向如图3所示。
4 计算结果
支撑臂应力分布如图4所示,上下弧形板区域的应力比较高,最大应力达到150MPa,回转臂的变形云图如图5所示,支撑臂高度方向最大变形量为5mm。
比较加强筋板对应力分布的影响,分别对无加强筋,增厚的将强筋板和原加强筋板(如图6所示)进行比较。
计算结果如表1所示,加强筋板能在一定程度上起到减小最大应力及最变形。
5 结语
通过对钢包回转台支撑臂进行有限元分析,找到了支撑臂应力分布及位移云图,在最恶劣的工况“满包,大冲击系数”下,最大应力为150MPa,最大变形量为5mm。
本文还分析了销孔附近加强筋板对支撑臂应力与位移的影响,计算结果得知加强筋板能在一定程度上起到减小最大应力及最变形的效果。