铜冶炼全悬挂转炉扭力杆有限元分析
全悬挂转炉倾动装置优化设计分析
１ 对 于传统全悬挂转炉倾动装置结构分析
在传 统的转炉倾动装置 中 ． 其结构特 点多用全悬挂 方式 ． 其构造 组 成由一次减速机装置 、 二 次减速机装置 ． 以及扭力杆 弹性支撑装置 和相应 的安全润滑装置等组成 对于各减速机及弹性支撑来说 ． 其结 构特点是 为了实现 能够在全悬挂 的结构下对各 啮合点进行柔性传 动 ． 如一次减速机在运行时 以平行轴方式来进行传动 ． 二次减速机则采用 与一 次减速机联动 的方式 ． 来驱动转炉 的翻转 ． 使其 能够完成 ４点啮 合共 同驱动二次减速机 的大齿轮 。 实现转炉各工作任务的正常进行。 从结构 上来 分析传统倾动装 置的特点 ． 主要有 ： 一是 从支撑结构 上来看 ， ３ 个轴 承点对 二次减速机 的驱动 ， 形成 一个 超静定结构 ， 对于 倾动装置 的可靠性来说影响较大 ： 二是对于倾动装置实施正反转启动 时． 由于二次 减速机 的斜齿轮结 构 ． 使其小齿 轮在啮合过 程中承受较 大 的冲击载荷 ． 这些正反作用力很容易产生强烈的振动 ， 同时 ， 小齿轮 受到一次减 速机 的制约 ． 一、 二 次减速机定位 销和联结螺 栓一旦 出现 故障 ， 如松动现象 ． 很容易影响整个联结结构的效能 ， 以致于引起二次 减速机不 能够正常进行啮合 ． 以实现有效 的传 动 。 对于整 个倾 动装置 的运行来说影 响较大 ： 三是基 于对减速机联结 结构的分析 ． 对于一次 减速机的定位是基于定位销 ． 而销孔的位置是与齿轮轴孔进行统一配 制 的． 与一 、 二次减速机难 以组成一体 ， 因此对于定位销的装配精度来 说难 以保 障， 同时 ． 各减速机箱体从 结构上不具有 互换性 ， 因此 ， 对于 ３ 对转炉倾动装置实施优化设计的性能表现 出现 的减速机故障问题难 以做到及时的更换或离线检修 ． 通常需要对 对本 文所 采用的转炉倾 动装置结构优化设计 来说 ，经过实 际运 整个装置进行停止作业 ． 这对于系统设备的传动可靠性与提高转炉 的 行． 从 其转 矩性能表现上基本满 足了生产工艺要求 ， 而且其在旋转过 作业率来说 ， 无 疑是不合理的 程 中对钢水的平稳控制 ． 与同类转 炉设计方案相 比更具有性 能优势和 推广价值 。 ２ 对 传 统 转炉 倾 动 结构 装 置 的设 计 优 化 通过对柔性传动装置的各 项使用性 能进行分析 ． 在制造与使用上 从传 统转炉倾 动装 置的运 行缺陷来 看 ． 其稳定性 与可靠性是结构 还具有更加突 出的优势 ． 主要 有 ： 一是从 系统设备制造来看 ， 对于设计 优化的重 点 ， 为此 。 对全 悬挂柔性 装置 的应用 ， 比较适 宜于大吨位转炉 意 图和精度能够 准确的实现 ： 二是对 于传动结构 的独 立性 设计 ， 使得 倾 动装置 的结构 新型的多点 啮合柔性 传动 结构 ． 一改过去一次减速 次、 二次减 速机 能够独立完成 系统 的安装与拆解调 试工作 ， 大大缩 机平行轴传 动的弊端 ． 以行 星差动结 构来替换普通 圆柱 齿轮的传动方 短 了系统 的检修周期。 式． 能够有效避 免传 统超静定 结构 易振动的不 足。 同时 ， 行星差动结构 的应用 ． 借助于太 阳轮对平衡连杆 的驱 动 ． 实现 高速输人轴 之间 的同 ４ 结 语 步联 接 ． 确保力 矩的传 动与速度均衡 ， 更 加有 利于转 炉装置的稳定性 。 结合炼钢转炉倾动装置的稳定性 与可靠性 问题 ， 从倾 动装置 的优 再 加上小 齿轮简支于二 次减速 机的轴 承座上 ． 对 于一 次减速机的花键 化设计 中． 引入行星差动均载机制 ． 特 别是对 于大吨位 的炼钢转炉 ， 能 套 与二次 减速机 的小齿 轮外轴进行联接 ． 固装在二 次减 速机上的铰接 够有效确保倾动装置运转中的稳定性 ． 对 于二次减速机小齿轮轴 的全 杆 可以与一次减 速机进行联接 ， 从 而防止一次减 速机的振摆。也就是 简 支结构设计方案 ．实现了不同一次减速机在运行 中的合力作用 ， 不 说． 从结 构设计 的优化 上 ． 使得一 次减速机能够悬挂 在二次减速机上 ， 仅能够有效发挥各机械部件的性能 ． 还 能够结合可靠 的动力 系统 ， 实 并 借助于 ４ 点啮合来共 同驱动二次减 速机 ． 同时． 二次减速机 通过耳 现对多 台驱动装置的 同步稳定 出力 因此． 对全悬挂转炉倾动装 置的 轴来驱动转炉 的旋转 ． 并通过环形缓 冲
转炉倾动机构扭力杆的有限元分析
图３ 转 炉 倾 动 机构 扭力 杆 有 限 元 单 元 网格 划 分 示 意 圄
２ 边界 约束条 件及 载荷 工况 的确定
．
在分 析计算 时 ，考虑 四 电机正 常工作 状态 和事故
状 态 两种情 形 。并根 据 二次减 速机 推杆联 接 中心的缓
冲作 用 力雕 ０ 力 杆轴 心距 离ｓ６ ０ｍ 扭 ＝０ ｍ，确定 出扭 力
转炉倾 动 机构缓 冲装 置 的扭 力杆进 行 了分析研 究 。
１ 力学 模型
＝
，
Ｒ
圈２ 缓 冲 系统 扭 力杆 三 维 仿 真 示 意 圈
从结构上看 ， 扭力杆是对称结构 ， 中部轴半径为
１０ｍｍ， 形段 最 大半 径 为Ｒ ＝ ８ ７ 锥 ，１５ｍｍ， 杆作 用 面 推 半 径 为Ｒ＝ ２ ｍ。为提 高工 作效 率 ， ２ ５ｍ 节省计 算 时 间 ，
圈 １ 转 炉 倾 动 及 缓 冲 系统 三维 仿 真 示 意 圈 １４ ０ ＆ Ｎ ・ ４ ｘｌ ｍｍ
作 者 简 介 ： 玉 忠 ， ，９ ９ 生 ， 张 男 １６ 年 太原 理 工 走 学在 职 研 究 生 ， 工程 师 ． 长 。 所
・
３ ・ ３
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引 言
撑作 用 的辅 助装 置 。 在炉 体制动 过程 中， 动机构 系统 倾 的 回转 动能 ， 在扭力 杆进 行支 承 和缓 冲 的过 程 中 ， 经推
扭力 杆是 转炉倾 动 机构 的缓 冲装置 。 在炉 体制 动 过程 中 ，由于炉 体与减 速 机一起 作 为相对 静止 的整 体 绕耳轴 转 动 ， 减速 机下 部左 右丽 推杆 一个受 拉 ， 一个受 压 。 力 传 递 给扭力 杆 ， 将 在拉 压杆 两 端形 成 大 小相 等 、 方 向相反 的一对 力偶 ， 使扭 力杆 发生 扭转 变形 ， 而起 从
全悬空板式钢结构旋转楼梯受力性能有限元分析
全悬空板式钢结构旋转楼梯受力性能有限元分析张永春;李正荣【摘要】对于不符合国标图集15J401《钢梯》适用条件的旋转楼梯,通常其构件截面尺寸、节点及反力等均不能直接从图集中查到,使用常规设计分析就显得力不从心.因此,本文以某工程需要增建的一座大跨度全悬空式高层钢结构旋转楼梯为研究对象,根据板壳有限元理论建立了有限元模型,在静荷载作用下对其整体强度和变形进行了计算分析.计算结果验证了旋转楼梯结构设计的正确性,并基于此对楼梯的外观和结构提供了设计指导.文中提供的实例有限元分析可为类似工程提供一定的借鉴参考.【期刊名称】《低温建筑技术》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】3页(P53-55)【关键词】全悬空;钢结构;旋转楼梯;有限元方法【作者】张永春;李正荣【作者单位】弘宇建筑设计有限公司云南分公司, 昆明 650051;广南县永安建筑设计有限公司丽江分公司, 云南丽江 674100【正文语种】中文【中图分类】TU390 引言旋转楼梯与普通楼梯不同，最大的特点是其螺旋式上升的体型，具有很强的动态美感。
因其造型美观，占地少等优点，在公共建筑中得到越来越多的使用[1]。
旋转楼梯的建造一般采用混凝土材料的较多，但由于其造型独特，不便于施工，而且混凝土结构往往自重较大。
因此近年来较大弧度、较大跨度的旋转楼梯则越来越多的采用钢结构的形式[2-4]。
普通平直楼梯无论在结构计算、设计和构造方法上都较为成熟[5，6]。
但是旋转楼梯，特别是对于不符合国标图集15J401《钢梯》适用条件的旋转楼梯，其构件截面尺寸、节点及反力等均不能直接从图集中查到，使用常规设计软件来建模分析就显得力不从心。
因此对于这类旋转楼梯，必须借助有限元软件进行计算分析[7-10]。
本文就是采用大型有限元分析软件ANSYS，通过APDL语言编写钢结构螺旋楼梯计算程序，通过输入几何参数得到其变形和受力情况。
1 工程概况云南某30层的大厦大堂内部需增加一座旋转楼梯，其建筑构想是使其轻巧、美观。
基于Simulation对转炉倾动装置扭力杆的有限元分析
基于Simulation对转炉倾动装置扭力杆的有限元分析作者：张皓天来源：《科技视界》2014年第23期【摘要】通过Solidworks软件中的Simulation有限元分析模块对转炉倾动机构中的缓冲装置扭力杆进行分析，并与传动理论计算方法进行对比，分析其受力状态及位移状态，探讨其力学特性，为扭力杆的设计与研究提供理论依据。
【关键词】扭力杆；转炉倾动机构；Simulation；有限元分析【Abstract】Analysis the Torsion bar of the Tilting machanism by the software Simulation of Solidworks，and contrast this method with the traditional computing method，analysis its force and displacement，probe into its force feature，provide theory evidence of the Torsion bar design.【Key words】Torsion bar； Tilting machanism； Simulation； FEA0 引言转炉倾动装置是实现转炉炼钢生产的关键设备，它在转炉炼钢设备中对炉体起到平稳倾翻和准确定位的作用。
当炉体在进行加料、出渣、拉碳、出钢和补炉等一系列工艺操作时需要通过倾动机构所产生的扭矩来使转炉进行转动。
倾动装置为整套设备提供动力，其重要性可见一斑。
其工作特点是低速、重载、启制动频繁、速比大、工作条件恶劣并且受冲击非常大。
扭力杆作为倾动装置的一个关键部件，它可以在倾动运行时起到抗扭缓冲的作用，这对保证设备运行安全平稳、延长设备寿命是非常重要的。
其具体的工作原理为：在一二次减速机与炉体作为相对静止的设备绕耳轴转动时，安装在二次减速机下方左右两侧的的两个联接杆一个受拉，一个受压，再将力传递给扭力杆两侧的曲柄装置，并在扭力杆两侧形成大小相等方向相反的一对力偶，使得扭力杆发生弯扭变形，从而对倾动设备起到支撑、抗震缓冲的作用。
300_t转炉悬挂系统应力测试与分析
Z&&K 转炉悬挂系统应力测试与分析史!良 王和兵 王!劲 常露锋 王景娟!首钢京唐钢铁联合有限责任公司"河北唐山&,Z#&&$摘!要 对于大型转炉"目前国内已可以自主设计和制造(托圈与炉壳之间的连接方式是设计时的关键"某钢铁厂Z&&K 转炉经过综合评估后采用的是(点弹簧板式连接(设计过程中"虽然采用有限元法模拟分析了弹簧板的应力应变状态"计算预测了该连接结构在理论状态下的使用寿命及其安全性"但是实际生产过程中弹簧板应力状态会受到静不定'角部应力集中等因素扰动"需通过获取现场实测数据来对计算过程加以验证与修正(本文建立了该Z&&K 转炉下悬挂系统应力测试模型"对空炉和满载两种工况进行了弹簧板应力测试"得到不同工况弹簧板各点的受载情况"分析了弹簧板应力分布状态"其结果可为转炉悬挂系统的设计提供参考和实践意义(关键词 转炉#悬挂系统#弹簧板中图分类号 *+%)($#!!文献标志码 -!!文章编号 "&&"."/,0 #&#) &".&&//.&%=%-/")"1)+(53(03(3$61+1%*)4"Z&&)/%(#"-)"-121&"(1+%(161)"'C2:97=8A "i -452I >U78A "i -45c 78"12-459B>G I 8A "i -45c 78A >T B=8!CE@BA =8A c 78A K =8A ;87K I J :L @8=8J CK I I F 1@Q "9K JQ "*=8A N E=8&,Z#&&"1E78=$7,1)-3/)*+@L F =L A ID @8M I L K I L N "J@S I N K 7DJI N 7A 8=8J S =8BG =D K BL 78A=L ID BL L I 8K F O=M =7F =UF I Q*EID @88I D K 7@8UI K Y I I 8K EI L 78A =8J K EI N EI F F 7N K EI VI O 78K EI JI N 7A 8Q -G K I L D @S RL I EI 8N 7M I I M =F B=K 7@8"*EI Z&&K @8D @8M I L K I L =K =D I L K =78N K I I F RF =8K =J@RK I J =8(>R@78K N RL 78A RF =K I D @88I D K 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@L V78A D @8J7K 7@8N =L I @UK =78I J "=8J K EI N K L I N N J7N K L 7UBK 7@8N K =K BN @G K EI N RL 78A RF =K I 7N =8=F O X I JQ *EI L I N BF K N D =8RL @M 7JI L I G I L I 8D I =8J RL =D K 7D =F N 7A 87G 7D =8D I G @L K EI JI N 7A 8@G K EI D @8M I L K I L N BN RI 8N 7@8N O N K I S Q 8"69%-01*D @8M I L K I L #N BN RI 8N 7@8N O N K I S #N RL 78A RF =K I收稿日期 #&#Z ."&.Z&#修订日期 #&#Z ."#.&'作者简介 史!良!"/().$"男"本科"高级工程师"主要研究方向*钢铁冶金设备的运行及管理(&!前言转炉炼钢是钢铁厂炼钢的主要生产工艺(转炉设备主要由转炉'炉体支撑装置'倾动装置等组成"而其中转炉与炉体支撑装置的连接方式是转炉设计的关键(国内常规的连接形式包括奥钢联设计的^-:>1]4>978V 连接形式"但是受限于奥钢联设计的^-:>1]4>978V 形式的技术保护及投资成本考虑"某钢厂Z&&K 转炉经过综合评估后采用的是(点弹簧板式连接,"-(由于转炉炉体庞大"Z&&K 转炉炉壳'炉体吊挂装置'炉体护板等总重约Z'&K"炉衬耐材总重约,&&K"再加之冶炼时铁水'废钢等也有接近Z'&K 的重量"而这些总计"Z&&K 的重量主要靠(块弹簧板支撑"并且炼钢过程也是一个剧烈的热过程"所以转炉在正常生产过程中处于复杂的热机耦合应力状态*一方面"转炉在起制动'倾动'+//+#&#):%$"重型机械加废钢'兑铁水'刮渣及出渣等生产过程中会产生很大的静力矩和冲击#另一方面"炼钢过程炉内温度高达",&&`"经过耐材隔热以后炉壳温度也在)&&_'&&`之间"显然连接装置与炉壳之间采用直接焊接也会承受较大的热负荷,#-(考虑到(点弹簧板式连接属于国内外较少采用的新式结构"其工作可靠性又是转炉系统长期安全生产的重要保证"所以"对正常炼钢生产中弹簧板的应力应变状态的准确计算"以及对其使用寿命与安全性的准确预估就成了生产现场关注的一个重要课题(在设计过程中"即使采用有限元法模拟分析了弹簧板的应力应变状态"预测了该连接结构在理论状态下的使用寿命及其安全性"但是"在实际生产过程中弹簧板应力状态会受到静不定'角部应力集中等因素扰动"从而导致计算过程预测不精确"所以须获取现场实测数据来对计算过程加以验证与修正(因此"一个安全可靠'正常工作的倾动系统是整个转炉系统长期安稳运行的保障"倾动系统的实际受载状态及其极限承载能力是在生产现场中须关注的重点(为了分析Z&&K转炉实际倾动运行时的倾动力矩情况"对#座Z&&K转炉的新开炉及中期炉进行倾动力矩测试"载荷测试数据如表"'表#所示(从表中可以看出"新炉工况下倾动力矩较大"空炉时最大到Z,,"$,V4+S"正常冶炼时倾动力矩最大曾达到了%,%"$)V4+S(表"!新炉工况下倾动载荷测试汇总表新开炉"号转炉!炉龄&_"&炉$)号转炉!炉龄"&_#&炉$最大空炉力矩f!V4+S$Z,,"$,#")"$Z 最大出钢力矩f!V4+S$%'&'$%Z%,%"$)正常生产扭振频率f2X"$#"$Z 表#!老炉工况下倾动载荷测试汇总表中期炉"号转炉!炉龄#)""_#)#&炉$)号转炉!炉龄""'%_"",,炉$最大空炉力矩f!V4+S$''/'$/,%"Z''$#&最大出钢力矩f!V4+S$%#%"$##.'%,)$/,正常生产扭振频率"$#,2X"$"/2X !!在频繁变载且载荷较大的工况下"(点弹簧板悬挂方式能否正常使用且能达到较好的寿命也是转炉设计的重要课题(为了分上测试(块弹簧板的受力情况及载荷分布特性"通过建立转炉板式连接装置!弹簧板$应力进行系统测试(这既可以对炉型理论设计计算进行校核"通过实际测试也可以探求设备实际运行状态"以对后续炉壳大修时炉壳炉型的优化提供参考和优化依据( "!Z&&K转炉下悬挂系统应力测试模型的建立"$"!弹簧板应力测试方法由于转炉工况变化复杂"工作环境恶劣"受高温及粘渣脱落等影响较多"因此"首先利用转炉砌砖投产前的倾动系统有载试验...装球试验的机会"对Z&&K转炉弹簧板的机械应力状态进行了全面的现场测试(采用在弹簧板典型位置粘贴应变花的测试方法"测试弹簧板的应力分布情况* !"$弹簧板中心应力测试沿弹簧板中心轴线方向布置单片"测试轴线方向的拉伸与压缩应变"并由此推算弹簧板所受拉伸与压缩力的大小(!#$角部应力状态测试弹簧板角部通常采用%三片式应变花&布置"而实测时部分应变片仅作为%二片式直角应变花&来使用"但两种应变花均可用于二维应力状态的测试(存在剪应变时"前者的功能更好(两种型式的应变花如图"所示(图"!直角应变花测试时弹簧板上应变片的组桥均采用半桥测试方式"工作原理如图#所示"弹簧板变形引起电压变化"进而输出电压信号"由电压信号计算出弹簧板典型位置的应力大小(除此之外"为了消除温度对测试元器件的影响"应保持辅助片与主应变片的温度一致或至少保持辅助片温度恒定"具体措施为通过补偿片进行温度补偿"即弹簧板上工作片和处在同样温度环境中的补偿片组成半桥实现温度补偿(+&&"+重型机械!!#&#):%$"图#!半桥工作原理"$#!弹簧板应力测点的布置在每个弹簧板的中点粘贴应变片"可以得到应力数据(为了真实反应弹簧板受载"选择接近驱动耳轴的弹簧板进行三片式应变花布置"测试不同工况下的应力(贴片位置如图Z所示"其中图Z!=$为测量角部应力的贴片"图Z!U$为测量中心点应力的贴片(贴片三维立体示意图如图)所示(系统的准确性"进行了二次摇炉对比"重点关注%和(号弹簧板"分别记为%>#与(>#"数据记录如表Z 所示(弹簧板各个测点应力分析如下(!"$空炉摇炉时与三角函数曲线拟合近似*在转炉垂直炉口向上时"各弹簧板应力值最小#而转炉处于炉口向下状态时"各弹簧板应力值最大(这与实际情况一致"也就是转炉在竖直向上或向下时"弹簧板受力处于转炉重力作用下的压和拉状态*转炉竖直向上时"炉体自重支撑主要靠(块弹簧板"弹簧板受压"此时应力值为负#转炉炉口向下时"炉体自重导致弹簧板受拉"应力值为正(!#$对设置在弹簧板中间位置的应力进行分析"弹簧板的应力存在波动"出钢过程"中"位于炉前的'号弹簧板应力波动最大"波动的最大值曾达到#&$&H [="而对向的弹簧板!#号$的应力波动范围最小"仅为'$'H [="这也与实际操作情况一致"同时也证明了此结构存在明显的受载不均情况"这是因为弹簧片实际应力状态会受到静不定因素的影响(!Z $对比两次摇炉过程中%'(号弹簧板中点应力曲线"发现%'(号弹簧板中点应力分布并不稳定"例如在摇炉过程"与摇炉过程#中"%'(号弹簧板中点应力差异较大(图'!空炉摇炉时(块弹簧板居中测点应力变化表Z!空炉摇炉时弹簧板居中测点应力波动范围测点位置"."#."Z .")."'."摇炉过程应力波动范围fH [=%$&'$'.",$(#&$&测点位置,."%."%.#(."(.#摇炉过程应力波动范围fH [="&$#"($#"($),$#,$'!!注*由于测试仪器通道数的限制!",通道$"摇炉过程"重点关注各弹簧板之间的应力比较"摇炉过程#重点关注%'(号弹簧板上的应力分布"所以摇炉过程#没有(块弹簧板中部应力的完整数据(!!另外现场测试时进行了不同档位速度下的摇炉试验"数据显示不同的摇炉速度下"各弹簧板中点应力曲线只是出现了不同程度上的平移现象"数值大小波动范围则变化不大"这可能与温度补偿不充分有关(因此"研究不同摇炉速度下的应力波动范围"说明空炉摇炉时"摇炉速度对弹簧板中点应力水平影响不大(#$"$#!空炉摇炉时同一弹簧板上不同位置应力对比本节主要针对"号弹簧板'%号弹簧板'(号弹簧板这三块弹簧板上不同位置的应力进行测试分析(为去除温漂产生的干扰"对比分析时以应力波动范围为对比参数"角部应力则取折算后的主应力"对比结果如表)所示"由此可知*!"$弹簧板角部应力与中心位置应力变化趋势接近#!#$针对同一弹簧板的不同测点位置"角部应力大于弹簧板中心测点应力"可知这种设计存在应力集中"而其中位于出钢口西侧的%号弹簧板应力最为集中"系数为Z$%"#!Z $为了保证数据真实"后续对%号弹簧板多次测试"分析趋势"根据测试结果可以得出"越接近弹簧板角部"应力越集中#!)$同样在测试中发现(号弹簧板角部应力存在异常"波动最大值达到)#$)H [="应与安装焊接应力有关(由于居中测点的应力值仅表示弹簧板纵向应力"所以取空炉摇炉时角部测点的纵向应力与其对比"对比结果如表'所示(可以看出*大部分点根据纵向应力计算的应力集中现象略小于根据折算应力得到的应力集中现象(表)!同一弹簧板角部应力集中系数角部测点位置%.Z %.)%.'%.,".#(.Z 折算后应力波动范围fH [=##$"#Z$(""$'"%$/#Z$#)#$)应力集中系数Z$)'Z$%""$(&#$(&Z$Z"#$#&+#&"+重型机械!!#&#):%$"表'!同一弹簧板角部与中部纵向应力对比角部测点位置%.Z%.)%.'%.,(.Z 角部测点纵向应力波动范围f H[="($###$###$)"%$"Z/$Z根据纵向应力折算的应力集中系数#$()Z$)%Z$'&#$,%#$&)根据折算应力得到的应力集中系数Z$)'Z$%""$(&#$(&#$#&!!注*表中%号弹簧板角部测点取)个点"距离中心测点由远及近分别记为%>Z'%>)'%>''%>,#"和(号簧板角部测量时仅测量最远的一个测点"记为">#'(>Z(#$"$Z!空炉摇炉时弹簧板内外表面应力对比对比分析在倾动角度."%/k_""(k之间%q弹簧板和(q弹簧板居中测点内外表面应力曲线"结果表明*!"$两弹簧板内外表面的居中测点应力曲线变化趋势相似"但两条曲线之间相位不同"这是因为内外表面测点所在位置并非同一结构"结构中弯曲应力存在误差(!#$各弹簧板内外表面应力大小及波动趋势基本一致(如%号板外侧应力区间为"%$"&H[='内侧应力区间为"%$,&H[="(号板外侧应力波动区间为,$#&H[='内侧应力波动区间为,$'&H[=(#$#!装球试验条件下弹簧板应力测试结果装球实验的测试工况如表,所示"测得了不同装球重量下弹簧板上各点应力大小(表,!装球试验工况表工况装球重量f K应力和转速档位第一次装球"",包括装球时的应力变化(转速从二档_五档不等(第二次装球#"&包括装球时的应力变化(转速从二档_五档不等(第三次装球Z"&包括装球时的应力变化(转速从二档_五档不等(第四次装球Z,)包括装球时的应力变化(转速从二档_五档不等(#$#$"!装球试验中弹簧板中点应力变化规律当装球重量为"",K时"同一个速度下弹簧板中点应力波动在整个摇炉周期!直立.出钢侧.直立.除渣侧.直立$中的变化情况如表%所示"结果表明*!"$由于装球试验中转炉内用钢球代替钢液"无法达到实际生产中钢液的流动性"所以在转炉正向'反向通过直立位置时"弹簧板在两个位置的应力差异较为明显(!#$转炉托圈受到耳轴扭矩作用"对于出钢侧和出渣侧两侧的弹簧板"以耳轴轴线为中心线"受压的弹簧板应力曲线呈下凹形"受拉的弹簧板应力曲线呈上凸形(除此之外"弹簧板应力还受到炉体自重的影响"从而呈现不同的受力状态(!Z$在摇炉的不同阶段"各弹簧板应力变化趋势也有区别"在&k_"&&k范围内"各弹簧板应力变化均有增减(在设计时"同侧)块弹簧板应力变化趋势应一致"对向的)块弹簧板应力变化趋势一致(但是实际转炉炉底为圆球型"安装角度不同"导致)号弹簧板和(号弹簧板的应力变化趋势不一致(表%!整个摇炉周期内各弹簧板居中测点应力值范围装球重量f K应力f H[= "."#."Z.")."'.",."%."(.""",!.""&k_/(k$"%$#,$)."'$/#&$'"Z$',$("($' #"&!./($)k_(%$(k$"&$,'$/#"$'",$#."Z$(/$).Z"&!./)$'k_',$%k$"'$'($).")$&##$,($//$%.Z,'!.(#k_,,k$"Z$#",$,"%$""/$&"Z$#"Z$#""$'. !!注*装球试验时对弹簧板中部位置进行测量"记为">"_(>"(#$#$#!装球试验下不同弹簧板中点应力水平对比表(为不同装球重量下同一倾动角度范围内不同弹簧板中点应力波动范围"在同一倾动角度范围内能够更直观地比较不同弹簧板中点应力波动"由此可以看出*!"$炉体竖直时"弹簧板受力角度不变"但是"在转炉内部钢球会滚动"这与实际冶炼时摇炉有相近之处"也就是会有液面波动"滚动的钢球会改变炉体重心"同样对弹簧板中点受力也不同"最终的结果为弹簧板应力在一个范围内波动#+Z&"+#&#):%$"重型机械!#$从表(中可以看出"随着装球重量的不断增加"位于弹簧板中间测点应力大多在增大"只有个别弹簧板中间测点应力在减小#!Z$不同弹簧板所受应力大小不同"其中'号弹簧板的应力较大"#号和%号弹簧板的应力较小#!)$在装球重量达到与实际冶炼接近的Z"&K 时"'号弹簧板居中测点应力最大达到"/$%H[=(表(!不同装球重量下弹簧板居中测点应力值范围 角度波动范围 .("k_'%$%k装球重量f K应力f H[= "."#."Z.")."'.",."%."(.""",,$Z#$/.%$,"#$,($&Z$/"&$# #"&)$%)$)Z$/"&$#.,$,#$Z($# Z"&"#$Z,$'"Z$'"&$%"/$%($&'$Z. Z,'"&$)($Z Z")$'"'$))$)%$(.#$#$Z!装球试验下同一弹簧板上不同位置应力对比表/为%号和(号弹簧板上不同测点的应力波动趋势"该节主要针对这两块弹簧板进行分析* !"$两个弹簧板角部应力均大于中点应力"针对不同装球重量"应力集中情况不同(装球重量为"",K时"%号弹簧板应力集中系数最大为Z$)"装球重量为Z,)K时应力集中系数最小为"$/( !#$两个弹簧板角部与中部应力曲线一致"但是存在一定的相位差(!Z$%号弹簧板中间测点应力随装球重量的增加而增大"这与实际运行情况一致"但是角部测点应力变化不大(!)$去除由于装球试验中信号出现异常"只测出前两次(号弹簧板居中测点的应力((号弹簧板变化趋势与%号弹簧板相反"随着装球重量的增大而减小(角部测点的应力随装球重量的增加小幅度地增大(!'$在装球量最大的Z,)K时"测点应力最大为(号弹簧板角部应力位置"达到'&$/&H[=(表/!同一弹簧板角部应力集中系数装球重量f K应力f H[=%."%.'%号板应力集中系数应力f H[=(."(.Z(号板应力集中系数"",,$)#"$%Z$)"'$)),$'Z$& #"&/$Z##$)#$)""$/),$"Z$/ Z"&/$'##$"#$Z.)/$).Z,)""$(##$""$/.'&$/. !!注*装球试验时对弹簧板中部位置进行测量"记为">"_(>"(#$Z!空炉及装球试验弹簧板应力测试小结通过现场实际测试"对弹簧板应力场的分布进行分析(空炉摇炉过程中各弹簧板受力不均匀"在摇炉过程"中"'号弹簧板的应力波动最大"为#&$&H[="这也是空炉摇炉试验中弹簧板中部应力波动的最大值"#号弹簧板的应力波动范围最小'$'H[="但这种分布规律在多次摇炉时并不稳定"在空炉摇炉过程#时(号弹簧板应力较高#针对弹簧板角部应力集中"主要体现为同一弹簧板上的角部折算应力均大于中心测点应力"最为突出的是%号弹簧板"其最大应力集中系数Z$%""最小的为(号板"应力集中系数#$#&#对%号弹簧板进行分析"测点离夹持区及角部越近"对应的角部应力集中更大#空炉测试过程中(号板角部应力波动最大值达到)#$)&H[=#弹簧板内外表面应力曲线一致"两者之间存在一定的相位差"从应力波动范围看"内外表面应力水平基本相当(从装球试验测试数据看"由于装球试验中转炉内用钢球代替钢液"无法达到实际生产中钢液的流动性"所以在转炉正向'反向通过直立位置时"弹簧板在两位置的应力差异较为明显(由于装球试验时力矩很大"力矩对弹簧板受力的影响明显"造成倾动过程中弹簧板受力关于轴线一边受拉'一边受压(随着装球量的增加"大部分弹簧板中间测点的应力会相应增大"但弹簧板受力不同"'号板应力较大"#号板和%号板偏小(装球'号弹簧板中部应力最大"/$%H[="此时装球重量为Z"&K(弹簧板角部测点应力均大于居中测点应力不同"%号弹簧板在装球"",K时应力集中系数最大"为Z$)"%号弹簧板在装球Z,)K时应力集中系数最小"为"$/(空炉和装球工况下不同弹簧板中点应力分布如表"&所示(由表"&可见*空炉与装球试验条件下不同弹簧板的受力均出现了比较明显的分布不均现象(总体表现'号弹簧板最大"其次为)号'(号弹簧板"#号弹簧板应力最小(+)&"+重型机械!!#&#):%$"表"&!弹簧板中点应力值波动对比装球重量f K摇炉角度f!k$应力f H[="号板#号板Z号板)号板'号板,号板%号板(号板"",""&_/("%$#,$)."'$/#&$'"Z$',$("($' ("_'%$%,$Z#$/.%$,"#$,($&Z$/"&$##"&/($)_(%$("&$,'$/#"$'",$#."Z$(/$). 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("_'%$%"&$)($Z Z")$'"'$))$)%$(.!!对同一弹簧板应力分布综合分析可知*空炉试验和装球试验时"弹簧板角部位置存在应力集中"其中(号弹簧板的应力水平较大(装球工况时"居中测点的应力波动范围随着载重的增加而变大"角部应力波动范围没有明显的增大(%号板空炉时角部应力集中最严重"系数为Z$%""装球时有效点应力集中系数Z$)#"号板空炉时为Z$Z"#(号板空炉时为#$#&"装球时为Z$/(综上"弹簧板角部总体应力集中系数在Z$&_)$&之间(本次针对Z&&K吨转炉下悬挂弹簧板装置进行实际的应力测试"在空炉及装球两个过程进行了测试与对比分析"可以得出*空炉与装球试验条件下不同弹簧板的受力均出现了比较明显的分布不均现象(其中弹簧板中部应力在出钢动作过程中应力波动最大"炉后受压的'号弹簧板应力达到最大的#&$&H[="但是炉前受拉的#号弹簧板应力波动最小"仅为'$'H[=(从测试结果分析"弹簧板普遍存在角部应力集中"这与弹簧板的实际受载情况相吻合(离夹持区及角部越近"应力集中现象越大(以%号板为例分析"空炉时角部应力集中最大"其应力系数为Z$%""装球时应力集中系数为Z$)#对于其他位置的弹簧板"(号空炉时为#$#&"装球时为Z$/(对数据进行整理分析"弹簧板角部应力集中系数在#$(_Z$(之间(弹簧板正反面应力水平基本相当"倾动速度对弹簧板应力波动范围影响不大"但由于装球试验中转炉内用钢球代替钢液"无法达到实际生产中钢液的流动性"所以在转炉正向'反向通过直立位置时"弹簧板在两位置的应力差异较为明显(由于装球试验时力矩很大"力矩对弹簧板受力的影响明显"造成倾动过程中弹簧板受力关于轴线一边受拉"一边受压(主要表现为空炉摇炉试验中"最大应力为(号板角部的)#$)H[=(装球试验时最大应力为(号板角部的'&$/H[=( Z!结语针对转炉炉体与托圈连接方式的重要作用及弹簧板的载荷特点"制定了相应的维护标准(首先在日常检修及运行期间对转炉弹簧板机构位置积渣及时清理"避免弹簧板连接装置的固定螺栓等异常损坏#其次在炉体位置检修时严禁借用弹簧板本体位置焊接作业"避免焊接作业造成的本体受热影响#再次每季度在检修时对连接装置的固定螺栓等进行完好性检查"有缺失或松动等异常及时处理#最后在每次炉役时对弹簧板底座与炉体和托圈的焊口进行探伤"跟踪焊口状态"同时在炉役期间测量炉壳与托圈的间隙"用于判断弹簧板的作用是否对炉壳造成影响(Z&&K大型转炉应用了(点弹簧板连接结构"投资少"运行稳定(虽然大型转炉支撑重量大"倾动力矩较大"但在变载频繁的实际工况下"也能安全可靠的运行(通过实际测试及分析应用"在大型转炉连接装置采用(点弹簧板形式具有推广意义(参考文献,"-!赵泽波"秦勤"吴迪平"等Q"(&K转炉下悬挂系统仿真分析,1-f f第七届中国钢铁年会论文集Q北京*冶金工业出版社"#&&/*,%.%#Q,#-罗振材Q炼钢机械*第#版,H-Q北京*冶金工业出版社""/(/Q,Z-马钢"姜锐Q转炉驱动端耳轴轴承损伤分析及维护,c-Q冶金设备"#&"(!增刊"$*%/.(&Q,)-张皓天Q一种对转炉装置进行扩容改造的方法,c-Q山西冶金"#&##!&'$*"((."(/Q,'-6P-6:35Q-8=8=F O N7N@G K EI N K=K I@G N K L I N N I N A I8I L=> K I J UO K@L N7@878K Y7N K I J8@8>D7L D BF=L U=L N,c-Qc@BL8=F@G H=K I L7=F N[L@D I N N78A*I D E8@F@A O"#&&'"",/*)&".)&(Q+'&"+#&#):%$"重型机械。
转炉连接系统的有限元分析与强度校核
转炉连接系统的有限元分析与强度校核
林聪伟;侯智勇;龙燕;杨撵上
【期刊名称】《计算机辅助工程》
【年(卷),期】2024(33)2
【摘要】以230 t转炉连接系统为研究对象,通过计算转炉倾动过程中的载荷变化
获得转炉连接系统的极限工况,通过Abaqus软件分析得到极限工况下转炉连接系
统的应力分布情况以及关键零件的应力最大值,进而校核转炉连接系统的使用强度。
结果表明:转炉连接系统在不同极限工况下均能满足使用强度。
【总页数】6页(P50-54)
【作者】林聪伟;侯智勇;龙燕;杨撵上
【作者单位】中冶赛迪装备有限公司;冶金智能装备重庆市重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TF341.1;TB115.1
【相关文献】
1.65t转炉倾动二次减速器在线修复及强度校核
2.转炉耳轴的强度校核
3.210 t 转
炉连接装置的有限元分析及强度校核4.企业精神文明建设与企业文化的融合策略5.排障器结构强度与螺栓连接强度校核
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转炉厂3#转炉(100t)倾动机构扭力杆联接螺栓断裂分析与处理
转炉厂3#转炉(100t)倾动机构扭力杆联接螺栓断裂分析与处理发表日期：2006-11-18 阅读次数：2941事故的发生1.1转炉倾动机构及扭力杆简介涟钢转炉厂3#转炉设计公称容量为100t，其转炉倾动系统采用目前比较成熟的悬挂式多级传动。
转炉本体通过耳轴与二次减速机联接，二次减速机与四台一次减速机联接。
二次减速机本体通过四副关节轴承利用8根M56的高强度的螺栓(10. 9级)与扭力杆相联接。
扭力杆的作用是平衡转炉由于自重等外力对耳轴产生的弯曲变形带来的力，又因为扭力杆的中心线与二次减速机径向中心线有一定的距离，因此扭力杆就会承受由于这个距离而产生的扭转变形;这也是扭力杆名字的由来。
1.2事故的发生2004年5月2日l3时40分左右，3#转炉当班操作人员正在冶炼时突然听到转炉倾动机构位置传来“砰”的一声闷响，立即到转炉倾动机构处检查，发现扭力杆与二次减速机靠南侧4根联接螺栓全部断裂，导致整个倾动机构南边翘起。
1.3现象分析事故发生后，发现螺栓断裂处之断面痕迹呈整齐的折断状，通过分析，初步确定了两个原因:(a)螺栓的材质与加工工艺是否达到要求;(b)由于转炉除了装入量加大外(当时最大装入量为127t)其它的参数均没有变化，螺栓的断裂是否与装入量有关联。
因此本文着重阐述了转炉装入量变化后，螺栓的受力情况并进行强度校核，为进一步分析提供参考。
2联接螺栓的受力分析与计算2.1转炉炉体受力分析转炉在倾动过程中，受力比较复杂，忽略一些次要因素，转炉主要受到转炉设备本身的质量以及装入的质量所产生的重力。
另外由于转炉的设计是微正力矩，因此转炉在倾动到一角度后，转炉耳轴同时受到弯矩与扭矩。
我们可分别计算出转炉耳轴受到弯矩与扭矩时扭力杆联接螺栓的受力。
2.1.1转炉耳轴受弯矩时扭力杆联接螺栓的受力转炉耳轴受到弯矩作用就是转炉在0～360°范围内摇动，只考虑外力对由转炉的短耳轴、转炉托圈、长耳轴组成的刚性轴产生弯矩作用。
有限元分析技术在冶金机械设计中的应用
2023年 5月上 世界有色金属43机械加工与制造Machining and manufacturing有限元分析技术在冶金机械设计中的应用伍伟敏，赵 敏（湖南财经工业职业技术学院智能制造学院，湖南 衡阳 ４２１００２）摘 要：伴随近些年我国冶金行业及其相关技术的发展进步，对冶金机械结构设计也提出了更高的要求，将现代设计理论和方法应用在冶金机械设计中，有助于缩短整体设计周期，提高冶金机械性能，从延长使用寿命。
有限元分析技术是现代计算机网络技术不断更新的产物，当前冶金机械设计中有限元分析技术也得到了广泛应用并起到了不可或缺的重要作用。
基于此，本文首先阐述了有限元分析技术的基本特点和发展趋势，并分析有限元分析技术在机械设计的重要作用，最后探讨有限元分析技术在冶金机械设计中的具体应用。
关键词：有限元分析技术；冶金机械设计；应用中图分类号：ＴＦ３０２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２３）０９－００４３－３Application of finite element analysis technology in metallurgical machinery designWU Wei-min, ZHAO Min（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｈｕｎａｎ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｆｉｎａｎｃｅ ａｎｄ Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ，Ｈｅｎｇｙａｎｇ ４２１００２，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ＇ｓ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ． Ａｐｐｌｙｉｎｇ ｍｏｄｅｒｎ ｄｅｓｉｇｎ ｔｈｅｏｒｉｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｗｉｌｌ ｈｅｌｐ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｄｅｓｉｇｎ ｃｙｃｌｅ， ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ， ａｎｄ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅｒｖｉｃｅ ｌｉｆｅ． Ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｕｐｄａｔｉｎｇ ｏｆ ｍｏｄｅｒｎ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ， ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｄｅｓｉｇｎ ｈａｓ ａｌｓｏ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ａｎｄ ｐｌａｙｅｄ ａｎ ｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅ ｒｏｌｅ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｉｓ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｏｌｅ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ， ａｎｄ ｆｉｎａｌｌｙ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｄｅｓｉｇｎ．Keywords: ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ； Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍａｃｈｉｎｅｒｙ ｄｅｓｉｇｎ； ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ收稿日期：２０２３－０３基金项目：湖南省教育厅资助科研项目（２１Ｃ０９８２），湖南省自然科学基金资助项目（２０１８ＪＪ５００２）。
基于有限元仿真方法的转炉扭力杆缺陷分析
基于有限元仿真方法的转炉扭力杆缺陷分析本文通过运用三维有限元软件，对某钢厂转炉扭力杆芯部实施仿真，并分别对事故及额定力矩状况下，在当量不同的初始缺陷所存在的机械应力，基于不同情形下，就应力强度相应因子予以提取。
根据最终结果可知，基于力矩额定状况下，扭力杆的使用处于安全状态；而在相应事故状态下，其所存在的初始缺陷，则会造成扭力杆在具体的安全使用方面存有危险性。
转炉扭力杆；初始缺陷；仿真分析扭力杆在额定力矩状态下的初始缺陷有限元分析基于力矩处于额定状况下，依据尺寸不同情况下的缺陷模型，运用事先所进行编制的程序，将相对应的应力强度因子给与分别提取。
依据表中数据，便可将缺陷尺寸和对应缺陷所存在的相应应力状况，此外，还可得出三种应力强度因子之间所存在的对应关系。
依据所得出的缺陷尺寸和对应缺陷之间所存在的关系，便可得出多种结论。
首先，基于在额定力矩状况，伴随着所存在缺陷尺寸的相应增加，在缺陷所存在位置处的应力，大致呈现出在线性迅速方面出现增加状况。
而基于额定力矩状态下，缺陷尺寸不同的的位置处所存在的应力强度因子状况，如若在具体的缺陷处尺寸方面，增加幅度达到相应89.5mm状况下，而在相应缺陷处，其在具体的应力方面，达到材料34CrNi3Mo 在实际当中的屈服强度极限值，即为=684Mpa。
，如若所存在的缺陷在尺寸方面<31mm，则及会依据缺陷尺寸的增加状况，而出现在速率方面相同的增加，然而就值而言，则表现出较大于状况，如若所存在的缺陷尺寸不断得以扩展，且相比于32mm，出现大于后者状况，则表明无论是还是，其增加均以线性速率，然而在具体的增加速度方面相比于，则表现出显著大于后者状况，，并且在具体的增长幅度方面处于比较缓慢状况。
通过上述内容分析表明，针对可能存在的扭力杆芯部缺陷，其实质为基于Ⅰ型缺陷主导状况下，所呈现出的具体的Ⅱ及Ⅰ复合型缺陷，也就是说在具体的裂纹扩展模式方面可划分为两种，分别为滑开型与张开型。
转炉倾动机构中扭力杆的校核
摘要：简要介绍了转炉倾动机构的结构形式、扭力杆装置的作用及工作原理，并以实际的生产项目为例对扭力杆进行了校核计算和有限元分析。
关键词：转炉倾动机构；扭力杆；有限元分析1概述转炉倾动机构是实现转炉炼钢正常生产的关键设备之一，它用于氧气顶吹转炉炼钢设备中炉体的平稳倾动和准确定位，以实现转炉兑钢水、出钢、加料及修炉等工艺操作。
其工作特点是低速、重载、环境温度高、速比大、启动和制动频繁，以及所承受的冲击负荷较大和工作条件恶劣等。
扭力杆在倾动机构中起到抗扭缓冲的作用，所以对扭力杆进行校核计算具有重要意义。
下面用Pro/E 三维仿真程序中的Abaqus/standard 有限元分析模块对扭力杆的受力变形进行理论分析。
2转炉倾动机构的结构转炉倾动机构主要由电动机、一次减速机、二次减速机和扭力杆装置等组成。
倾动机构有三种布置形式，即落地式、半悬挂式和全悬挂式，综合几种布置形式的优缺点，现多采用全悬挂式。
全悬挂式的特点是整套传动机构全部挂在耳轴外伸端上。
图1为某转炉倾动机构的结构，采用全悬挂式四点柔性啮合的配置形式。
由四个电动机分别带动四个一次减速机，四个一次减速机的末级小齿轮同时驱动二次减速机的大齿轮。
为了防止悬挂在耳轴上的传动机构绕耳轴旋转，二次减速机箱体通过扭力杆柔性抗扭缓冲装置连接，整个二次减速机用两端铰接的两根立杆通过曲柄与水平扭力杆连接而支撑于基础上，通过扭力杆装置将传动装置的反力矩传递到基础上。
3扭力杆装置的工作原理转炉倾动机构多采用水平扭力杆装置，这种装置是一种性能较好的柔性抗扭缓冲装置。
它的缓冲原理是利用细长的扭力杆的弹性变形来吸收能量，即把外力矩转化为扭力杆的扭转内力矩，这样可以使传动力矩逐渐增加或减少，从而起到缓冲的作用。
目前，许多大转炉的倾动机构均采用水平扭力杆的抗扭缓冲装置。
从转炉倾动机构的结构原理（见图1）可知，二次减速机两侧分别与两根立杆铰接，立杆的另一端与曲柄铰接，而曲柄用键装在扭力杆上，扭力杆通过轴承支撑在基础的支座上。
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通 过参 数 化分 析 结果 的研 究 ，可 以获 得一 个 多个 参 数 变化 对 扭力 杆 的影 响 ，获 得 最危 险 的工 况 以及 最 优 化 的扭 力 杆 仿真 模 型Ｉ １ ７． － 在转 炉 制 动 过程 中 ， 体 ８ 炉 与减 速箱 保 持相 对 静止 绕耳 轴 旋转 ，减速 机 下方 左
０ 引 言
转 炉 是炼 钢 厂生 产 的关 键设 备 之一 ，同 时也 是 铜 、 、 等 金 属 火法 生 产 流 程 中熔炼 、 锍 镍 吹炼 和精 炼 等 阶段 的重要 设 备Ｉ］其 倾 动 装 置用 于炉 体 的平 稳 ， － ２
扭 力 杆 失效 属 于高 应 力 、 周 次 、 源 的疲 劳 断裂 １ 低 多 ６ １ ．
启 动 及准 确 定位 ，扭 力 杆 是大相 等方 向相反 的拉力 、 力 ， 压 并 传 递给 扭力 杆使其 发生 扭 转 ， 到缓 冲作用 【为全 面 起 ９ Ｊ ． 了 解 扭 力 杆 变 形 及 应 力 分 布 状 态 ， 采 用 Ａ ｓｓ ｎｙ Ｗｏｋ ｅ ｃ ｒｂ ｎ ｈ确定其 扭转 位移 、 强度 、 刚度 ， 为进 行扭 力
关 键词 ： 炉 ； 力杆 ； 限元分析 ； 转 扭 有 力学特 性
中图分 类号 ：Ｆ ４ ．１ ；Ｐ ９ ． Ｔ ７ ８ ｌＴ ３ １ ９ ２ 文献标 识码 ： Ａ
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铜冶炼全悬挂转 炉扭力杆有 限元分析
黄 开 启 ， 仝翔 翔 ， 罗新 冲
（ 江西 理 工 大 学 工 程 研 究 院 ， 西 赣 州 ３ １０ 江 ４０ ０）
摘 要 ： 针对 某钢 铁 厂 转 炉缓 冲扭 力 杆 运行 时 出现 的截 面疲 劳断 裂 以及 弯 曲应 力 变形 ， 于 Ｐ ｏ Ｅ 基 ｒ／
Ａｂ ｔ ｃ ： ｈ ｏ ｑ ｅ ｒ ｄ ｉ ａ ｔ ｒ ｄ ａ ｄ ｂ ｎ ｕ ｏ ｓ ｃｉ ｎ ｆ ｔ ｕ ｎ ａ ｓ ｅ ｍａ ｉ ｇ ｆ ｃｏ ｙ Ｔ ｉ ａ ｅ ｔ ｄ ｅ ｈ ｓ ｒ ｔ Ｔ ｅ ｔ ｒ ｕ ｏ ｓｆ ｃｕ ｅ ｎ ｅ ｔｄ ｅ ｔ ｅ ｔ ｉ ｅ ｉ ｔ ｌ ｋ ｎ ｔ ｒ ． ｈ ｓｐ ｐ ｒｓｕ ｉｓｔ ｅ ｒ ｏ ａ ｇ ｅ ａ ｓｒ ｓ ｉｔｉｕ ｏ ｎ ｅ ｅ ｓ ｓ ｄ ｓ ｌ ｃ ｍｅ ｔ ｕ ｄ ｒ ｃ ｎ ｅ ｔ ｒ Ｓ ｇ ｅ ｔ ｓ ｉ ｉ ｇ ｔｒ ｕ ｃｒ ｕ ｔ ｎ ｅ ａ ｅ ｉ ｔｅ ｓ ｄ ｓｒ ｔ ｎ ａ ｄ ｒ ｖ ｒ ｅ ｉ ａ ｅ ｎ ｎ ｅ ｏ ｖ ｒ ’ ｒ ａｅ ｔ ｔ ｔ ｏ ｑ ｅ ｉ ｍｓａ ｃ ｓ ｂ ｓ ｄ Ｏｌ ｂ ｉ ｐ ｅ ｌｎ ｃ Ａｎ ｙ ｏ ｋ ｅ ｃ ｆＰ ｏ Ｅ ｔ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｔｒ ｕ ｏ ｎ ｉ ｄ ｌ ｇ ａ ｄ ｄ ｔｒ ｎ ｈ ｃ ａ ｉａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｓｉｓ ｏ ｓ ｓ Ｗ ｒ ｂ ｎ ｈ ｏ ｒ ／ ｃ ｅ ｔ ｈ ｏ ｑ ｒ ｄ ｅ ｔ ｙ ｍｏ ｅｉ ｎ ｅ ｅ ｍｉ ｔ ｅ ｍ￣ ｈ ｎ ｃ ｌ ａ ａ ｔｒ ｔ ｆ ｏ ｅ ｔ ｎ ｅ ｃ ｉ ｃ ｔ ｏ ｑ ｅ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｄ ｄ ｔ ａ ｅ ａ ｐ ｉｄ ｔ ｈ ｅ ｉｎ ｅ ｂ ｔｒ ｕ ０ ． ｈ ｘ ｅ ｉ ｎ ｅ ａ ａ ｃ ｎ ｂ ｐ ｌ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ，ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｅ ｕ ｉ ｐ ｒ ｔ ｎ ｏ ｈ ｅ ｏ ｎ ｆ ｃｕ ｅ ａ ｄ ｓ ｃ ｒ ｙ ０ ｅ ａ ｉ ｔ ｅ ｔ ｏ ｆ
建立扭 力杆 的三 维 实体 模 型 ， 用 Ａｎｙ ｒｂ ｎ ｈ对扭 力杆 在 转炉 最 大倾 动 力矩 工 况下 的应 力分 采 ｓｓ Ｗｏｋ ｅ ｃ
布与 变形 、 转位 移 、 险截 面 以及 最 大剪应 力 状 态进行 分 析 ， 定扭 力杆 的 结 构 力学特 性 ， 而 为 扭 危 确 从 扭 力杆 的设 计制 造 与安全 运行提 供 可靠数 据 来源．
第 ２卷 第 ３期
２０ １ １年 ６ 月
有 色金 属 科 学与 工 程
Ｎ０ ｆ ｒ０ ｓ Ｍｅ ａ ｓ ｃｅ ｃ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｎ ｅ ｒｕ ｔｌ Ｓ ｉ ｎ ｅ ｎ ｇｎ ｅ ｎ ｉ
Ｖｏ ． １ ２，Ｎｏ ３ ．
Ｊ ｎ． ｕ ２０１１
文 章编号 ： ６ ４ ９ ６ （０ １ Ｃ — Ｃ ８ ０ １７ — ６ ９ ２ １） ３ ０ ８ — ４