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学兔兔 第6期(总第187期) 机 械 工程 与 自动 化 NO．6 2O14年 12月 MECHANICAL ENGINEERING AUTOMAT10N Dec． 文章编号：1672—6413(2014)06—0013—02 强力卷取机仿真研究及其与传统卷取机的比较 薛晓珲，黄庆学，田雅琴 (太原科技大学，山西 太原 030024) 摘要：随着市场对高强度钢材需求的增加，传统卷取机已经越来越不能满足卷取的需求，经常出现设备磨损 严重、塌卷甚至设备变形或断裂等问题，这样不仅缩短设备的使用寿命，而且留下很大的安全隐患。以某厂 卷取设备卷取某型号带钢为例，借助ANSYS／LS-DYNA显式动力学仿真技术，分别建立了传统卷取机和强 力卷取机的有限元模型，通过有限元分析对比带钢上同一点处在不同卷取机上的受力，得出强力卷取机优于 传统卷取机的结论。 关键词：传统卷取机；强力卷取机；有限元；动态仿真 中图分类号；TP333．2 4 文献标识码：A 0 引言 卷取机在卷取带钢的过程中，第 1圈的卷取尤为 随着市场对高强度钢材的需求越来越多，传统卷 重要，在第2圈后，除了1#助卷辊把带钢压紧在卷筒 取机已经很难满足现今钢材的卷取，新一代强力卷取 上以外，剩余的助卷辊都依次弹开，所以本课题主要研 机不仅可以卷取高强度带钢，而且可以卷取X70，X80 究第1圈的卷取过程，并且整个模型关于生产中心线 和XIO0等较厚的螺旋焊接管。强力卷取机区别于传 对称，故选取带钢宽度的一半进行建模。由于本模型 统卷取机的结构特征是配备有4个助卷辊，其主要技 相对简单，既可以在Pro／E上建模再导人有限元软件 术是通过夹送辊和1#助卷辊将进入卷取机内的带头 ANSYS，也可以直接在有限元软件中建模。本文采用 进行预弯曲。 有限元软件直接建模，建立的两种卷取机几何模型如 本文分别对传统卷取机和强力卷取机卷取等厚度 图1和图2所示。 同材质钢板的卷取过程进行仿真，就应力值进行对比 分析，以证明强力卷取机的卷取能力优于传统卷取机。 1 传统卷取机和强力卷取机的卷取过程仿真 1．1 几何模型的建立 根据某厂卷取设备的总装说明，来选取仿真时卷 取机模型的几何尺寸和运动参数。 本课题为了节约时间，将仿真的开始时刻设定在 图1 传统卷取机模型 圈2 强力卷取机模型 带钢准备咬入1#助卷辊时，主要分析带钢在咬人1# 1．2 材料属性的设置 助卷辊后的卷取过程中两类卷取机上带钢的受力情况 在卷取过程中助卷辊、挡板和卷筒基本上不发生 并对其进行比较。 变形，因此在模拟中将它们设置为刚性体，这样做不仅 为了分析带钢的受力情况，卷筒、助卷辊、挡板都 能大大缩短计算时间，而且在卷取高强度钢板时不会 采用刚性模型，这样有助于加载角速度和约束条件，能 因为强度过大而穿透助卷辊。 更好地达到仿真目的。具体步骤如下：建立两个大小 在卷取过程中带钢发生明显弹塑性变形，属于大 不一的矩形，使其旋转形成两个圆柱体，将它们所接触 应变问题，则带钢选取双线性各向同性材料模型。带 的线、面、体彼此粘贴在一起，再将卷筒、助卷辊、挡板 钢的密度为7 800 kg／m。，屈服强度为630 MPa，弹性 设置成刚性层，然后将约束和角速度一起施加在刚性