大方坯拉矯機(jī)油缸螺栓斷裂失效分析及改進(jìn)

1、中國(guó)冶金裝備網(wǎng)—中國(guó)冶金人的網(wǎng)大方坯拉矯機(jī)油缸螺栓斷裂失效分析及改進(jìn)摘要：為擬制大方坯連鑄機(jī)的拉矯機(jī)主壓下油缸的八根連接螺栓頻繁發(fā)生斷裂失效，技術(shù)人員根據(jù)該油缸的連接固定結(jié)構(gòu)以及工作載荷特征，利用有限元數(shù)值分析方法對(duì)其進(jìn)行等比例三維仿真分析，并依據(jù)分析結(jié)果提出了一系列針對(duì)性的改進(jìn)方案。依據(jù)該改進(jìn)方案進(jìn)行改造的油缸在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行使用后發(fā)現(xiàn)，該油缸性能穩(wěn)定可靠，沒有再次發(fā)生類似的斷裂事故。本次對(duì)油缸的改造分析，為類似液壓油缸的載荷能力分析提供了

2、一套科學(xué)合理的分析方法。1.1.前言前言拉矯機(jī)在連鑄生產(chǎn)中起拉坯、矯直鑄坯及傳送引錠桿的作用，其作為連鑄設(shè)備的核心設(shè)備之一，設(shè)備性能的好壞直接決定鑄機(jī)產(chǎn)能與質(zhì)量穩(wěn)定。方坯連鑄機(jī)的通常布置有四到六臺(tái)拉矯機(jī)，為典型的框架型液壓夾緊結(jié)構(gòu)：其上設(shè)有主壓下油缸與四根導(dǎo)向立柱，上輥為驅(qū)動(dòng)輥，下輥為從動(dòng)輥【1】。某煉鋼廠在幾年前引進(jìn)一臺(tái)意大利供應(yīng)的先進(jìn)大方坯連鑄設(shè)備，在生產(chǎn)大規(guī)格鑄坯時(shí)，拉矯機(jī)的主壓下油缸的八根連接螺栓頻繁發(fā)生脆斷，造成鑄機(jī)緊急停車，

3、嚴(yán)重影響鑄機(jī)產(chǎn)能。基于此，本文采用有限元分析軟件ANSYS，通過(guò)建立三維全尺寸的液壓油缸結(jié)構(gòu)模型，尋找該油缸的薄弱環(huán)節(jié)，并針對(duì)性的提出對(duì)應(yīng)的改造方案，以保證該拉矯機(jī)安全可靠生產(chǎn)。2.2.主液壓油缸的載荷能力分析主液壓油缸的載荷能力分析2.1.油缸失效特征該煉鋼廠的大方坯連鑄機(jī)的幾臺(tái)拉矯機(jī)主液壓油缸頻繁發(fā)生油缸緊固螺栓斷裂事故，其斷裂現(xiàn)象如下：在穩(wěn)定生產(chǎn)期間或在到送引錠桿期間，均出現(xiàn)螺栓斷裂；斷裂時(shí)，通常為8根全斷，無(wú)法明確那一根先斷；油

4、缸為DANIELI公司提供的組合式油缸；其斷裂照片如下：圖1油缸底部法蘭螺栓孔處的斷裂實(shí)物照片基于此，本次對(duì)油缸的工作載荷特征進(jìn)行整體分析，尋找該螺栓斷裂的主要根源。2.2.油缸載荷特性分析主壓下油缸對(duì)于拉矯機(jī)來(lái)說(shuō)，其作用主要用于控制拉矯機(jī)上下夾送輥對(duì)鑄坯的垂直壓坯力，實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄坯的夾持力、拉矯力以及動(dòng)態(tài)輕壓下。其與上框架的連接形式如下：螺栓斷裂形貌螺栓斷裂形貌中國(guó)冶金裝備網(wǎng)—中國(guó)冶金人的網(wǎng)圖4主壓下油缸等比例14實(shí)體模型及有限元網(wǎng)格模型

5、為確保油缸接觸模型與實(shí)物具有良好的受力一致性，模型中建立了多個(gè)非線性接觸對(duì)，以模擬實(shí)際油缸的接觸傳力特征【2】，主要如下：1）活塞桿的桿外壁面與底部法蘭的內(nèi)壁面之間建立接觸對(duì)；2）活塞桿的活塞外壁面與油缸中部圓筒的內(nèi)壁面之間建立接觸對(duì)；3）14模型中含有的兩根緊固螺栓的螺桿外壁面以及螺帽的端面均建立接觸對(duì)。同時(shí)，為模擬實(shí)際緊固螺栓的預(yù)緊力作用，在模型的邊界條件中施加額定的預(yù)緊力。同時(shí)本模型采用三維實(shí)體單元Solide45，所有接觸截面均

6、采用Contact174與target170單元【3】，所有剖分面均加載對(duì)稱邊界條件。2.4.有限元結(jié)果分析根據(jù)螺栓的預(yù)緊特征設(shè)置對(duì)應(yīng)的邊界條件載荷，同時(shí)在液壓油缸內(nèi)施加最大的實(shí)際工作載荷16Mpa，可得各連接結(jié)構(gòu)的三維應(yīng)力分布云圖，具體如下：1）緊固螺栓受力：最大應(yīng)力水平為551Mpa，分布在螺桿與螺母連接部位；2）底部連接圓盤：連接圓盤的最大應(yīng)力水平為278Mpa，分布在螺孔區(qū)域圖5連接螺栓以及底部圓盤的等效應(yīng)力分布云圖3）底部法蘭