森吉米爾型二十輥軋機零凸度牌坊優化設計

王大號 趙曉輝 楊博 白鵬鵬 秦路宇

（西安重型技術有限責任公司西安 710032）

森吉米爾型二十輥軋機機架為整體鑄鋼結構,機架設計采用零凸度閉式牌坊，剛度大；其塔型輥系設計，可使工作輥因軋制力引起的撓度變形較小，軋制力呈放射性分散均勻地分布在機架上而被機架所承受,由于其綜合剛性高而被廣泛應用于不銹鋼、硅鋼及合金鋼等難變形金屬的軋制。本文針對森吉米爾式軋機機架的零凸度牌坊，通過對牌坊結構參數進行優化設計，以實現軋機的高橫向剛度，軋機的橫向剛度可以反映出軋機控制鋼板凸度的能力，從而提高產品的板型精度[1]。

1 零凸度閉式牌坊設計模型

森吉米爾型二十輥軋機零凸度閉式牌坊其結構參數模型可以簡化為如圖1。

圖1 森吉米爾二十輥牌坊簡化模型

其中原設計中沿軋機寬度方向影響牌坊橫向剛度的參數如表1所示，按如下結構尺寸建立模型。為滿足牌坊零凸度的設計，對軋機寬度方向影響牌坊橫向剛度的參數進行設計對比。

本設計基于850mm寬度軋機進行牌坊參數的優化。

表1 850mm森吉米爾二十輥軋機牌坊參數

據以上參數對牌坊建立三維模型進行靜態力學分析，根據實際工況，牌坊約束點在四個安裝位置，根據該機型塔型輥系受力幾何關系計算，中間兩背襯鞍座受力約為總軋制力的40%，兩側背襯輥系受力約為總軋制力的60%[2]，基于本機型設計最大軋制壓力4000KN，按以上所述進行牌坊受力分析。

據上面模型及輥系受力情況，對牌坊模型進行力學分析，其牌坊計算參數設置如表2。

表2 850mm森吉米爾二十輥軋機牌坊計算參數設置

2 原牌坊結構計算結果分析

通過對模型的計算結果分析，在沿牌坊寬度方向牌坊與鞍座接觸面上提取12個點的計算結果進行分析。

牌坊縱向變形以沿寬度中線基本對稱，整體呈中凸形狀，兩側變形量最小0.1132mm，中間變形量最大0.1161mm,其中最大最小變形量差值為0.0029mm，這一數據與理想的零凸度牌坊變形曲線有一定的差距，理想的零凸度牌坊在受力變形后沿牌坊寬度方向應該是基本與變形前平行的[3]，也就是說在牌坊寬度方向上變形量基本一致，這樣才能保證牌坊的高橫向剛度。

3 牌坊的結構優化

由上面的計算結果可以看出，雖然軋機牌坊整體剛性很高，但距離森吉米爾軋機機架要求的零凸度還有一定的差距，基于以上的計算結果及牌坊結構尺寸，對影響牌坊橫向剛度最為明顯的結構參數L1、L2、a1、a2 進行適當調整，通過增加L1 值增加牌坊中部的剛性，通過增加a1、a2 角度降低邊部的剛性，使得牌坊趨于理想目標的零凸度，優化后參數見表3。

表3 850mm森吉米爾二十輥軋機牌坊優化后參數

根據以上優化調整后的結構參數，重新建立三維結構模型，并如表2所述進行受力分析，取12個數據采樣點。

將結構優化前與優化后采集的位移數據放在同一個折線圖中，其結果如圖2所示。

由圖2中可以看出，牌坊縱向變形以沿寬度中線基本對稱，整體趨勢與優化前一致，但優化后變形量明顯降低，兩側變形量最小0.08258mm，中間變形量最大0.08394mm,其中最大最小變形量差值為0.00136mm，此差值僅為優化前的46.9%，結構優化后與優化前對比計算變形量最大差值降低了53.1%，大大的提高了牌坊的橫向剛性[4]，滿足了牌坊零凸度的要求。

圖2 牌坊優化前后縱向變形沿寬度方向分布圖

4 結論

本文通過對森吉米爾二十輥牌坊進行力學分析，以牌坊零凸度設計為目標，通過對建立的牌坊結構尺寸模型優化，將牌坊縱向變形量降低了53.1%，牌坊橫向剛性提高了113.2%，縱向最大變形量差值控制在0.00136mm,完全滿足了森吉米爾二十輥牌坊零凸度的設計。本文針對森吉米爾二十輥牌坊所建立的簡化模型對零凸度牌坊的設計提供了一定的設計依據，通過計算對比大大的提高了牌坊的橫向剛性。