轧机翻转装置运动仿真分析

[摘 要]本文对轧机翻转装置进行了运动仿真分析，应用NX UG8.0刚体动力学分析方法，校验了轧机翻转装置在某一压力下是否可以将Φ650轧机拉回或推起，其结构在运动过程中是否发生干涉或存在死点、是否安全可靠。

[关键词]UG 轧机翻转装置 运动仿真

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）07-0312-01

引言

在钢材生产线上布置有用于粗轧、中轧、预精轧和精轧的轧机，轧机使用一定时间后，轧辊磨损严重，不能保证钢材质量，需要更换新的轧辊；同时，在精轧区，轧制不同型号的钢材，也需要更换相应规格辊槽的轧辊。在钢材生产线上布置的用于粗轧、中轧、预精轧和精轧的轧机，均有立式轧辊和水平式轧辊两种形式。水平式轧辊轧机和精轧区立式轧辊轧机均可以直接更换轧辊；粗轧区、中轧区立式轧辊轧机更换轧辊时，只有通过轧机翻转装置才能实现。粗轧区、中轧区立式轧辊轧机更换轧辊的原理是：先使用轧机翻转装置将立式轧机翻转90度，使轧辊成水平方式放置；其次更换轧辊；再使用轧机翻转装置将轧机反转90度，使轧机恢复成立式轧辊形式。

粗轧区、中轧区立式轧辊轧机，设备较大，轧机翻转装置在翻转轧机时，要求其结构安全可靠，运行平稳。本文利用UG NX8.0运动仿真模块，对轧机翻转装置进行运动仿真分析，验证其在某一压力下是否能拉回、推起Φ650轧机，其运动过程是否安全平稳，在工作过程中其结构是否存在干涉或死点。

1.建模并装配

轧机翻转装置主要由底座、翻转架和液压缸组成，属于平面运动机构，轧机安装在翻转架上，如图1所示。在轧机翻转装置工作过程中，其底座固定不动，其液压缸缸体通过销轴联接在底座上，其液压缸活塞杆通过销轴联接在翻转架上，当液压缸缸体与活塞杆之间不断做伸缩运动时，轧机随翻转架同步做翻转运动。

根据轧机翻转装置二维图，利用UG NX8.0对其各部件进行建模，并对其进行装配；同时对Φ650轧机进行简化建模，并将其与轧机翻转装置装配在一起，其三维装配模型如图2所示。

2.分析过程及结果

2.1 定义连杆

进入UG NX8.0运动仿真环境，新建动力学仿真motion_1。根据轧机翻转装置工作时各部件运动情况，将轧机与翻转架定义成一个自由连杆L001_zhuan，将液压缸活塞杆和缸体分别定义成自由连杆L002_huosai和L003_gangti，将其底座定义成固定连杆L004_zuo（定义固定连杆的同时，也被定义成了固定副）。

2.2 定义运动副

根据各连杆之间的运动关系，将液压缸活塞杆连杆L002_huosai和缸体连杆L003_gangti之间定义成滑动副，将液压缸缸体连杆L003_gangti与底座连杆L004_zuo之间、液压缸活塞杆连杆L002_huosai与翻转架连杆L001_zhuan之间、翻转架连杆L001_zhuan和底座连杆L004_zuo之间定义成旋转副。

2.3 定义连接器

将翻转架与底座之间、液压缸缸体与活塞杆定义3D接触。定义一阻尼器，将其附着到滑动副上。

2.4 定义驱动

在液压缸活塞杆连杆L002_huosai上定义矢量力，矢量力的大小F（t）用运动函数STEP（ x， 0， 471000， 5， 471000）+STEP（ x， 5， 471000， 5.5， 0）+STEP（ x， 5.5， 0，6.5， 0）+STEP（ x， 6.5， 0， 7， -471000）+STEP（ x， 7， -471000， 22， -471000） 表示，矢量力的方向沿液压缸活塞杆端面法向方向指向缸体。

2.5 定义求解方案并求解

新建运动学/动力学解算方案solution_1，给定分析时间和步数，指定重力方向，并对其进行求解。

2.6 分析结果

对解算方案求解后生成运动动画，并对各运动连杆L001_zhuan、L002_huosai和L003_gangti的运动角速度变化情况进行作图，如图3所示。由轧机翻转装置运动动画和图3可知：轧机翻转装置在471KN大小的力的作用下，可以将Φ650轧机拉回并推起；轧机翻转装置各连杆的运动情况与预设的矢量力函数相一致，翻转过程中没有死点，运行较平稳，结构安全可靠。

通过对运动动画的播放得知：轧机在动画运动到258步左右时，液压缸活塞杆和缸体与底座之间的间隙最小，如图4、图5示所示。由图可知，此时轧机翻转装置的在运动过程中，各部件之间没有发生干涉。

3.结论

本文利用UG NX8.0对轧机翻转装置进行运动仿真分析，验证了轧机翻转装置在471KN的力的作用下，可以将Φ650轧机拉回或推起；轧机翻转装置工作过程中，没有发生干涉，没有出现死点，结构安全可靠，运行较平稳。

本文利用UG NX8.0对轧机翻转装置进行运动仿真分析，为产品的设计、制造节约了成本和时间，提高了产品的效益。

参考文献

[1] 振文伟，吴克坚.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.

[2] 朱崇高，谢福俊.UG NX CAE基础与实例应用[M].北京：清华大学出版社，2010.

作者简介

1.刘改利（1982―― ），女，山西兴县人，大专，助理工程师；

2.吕晓丹（1981―― ），女，山西长治人，研究生，工程师。