(1.唐山市德龙钢铁有限公司，河北唐山 063604;

2.秦皇岛西重所燕大重型机械研究院有限公司，河北秦皇岛 066004;

3.陕西冶金设计研究院有限公司，陕西西安 710032)

(1.唐山市德龙钢铁有限公司，河北唐山 063604;

2.秦皇岛西重所燕大重型机械研究院有限公司，河北秦皇岛 066004;

3.陕西冶金设计研究院有限公司，陕西西安 710032)

针对某六流小方坯连铸机输送辊道所采用集中链条传动方式存在驱动装置和传动机构复杂、故障率高、维修工作量大的问题，拟进行改造。提出了通轴的结构形式和单独传动的方案，对改进后输送辊道主要结构进行了有限元计算和分析，并对其进行验证。

辊道;通轴;改造;优化;有限元

0 前言

输送辊道是连铸生产纵向运送铸坯的设备，布满生产作业线。辊道的传动方式分集中传动、单独传动和空转三种。前两种应用较广，尤其是单独传动方式发展较快。而不传动的空转辊道应用较少，如重力辊道，或在长件的运输辊道辊子中间间隔放置空转辊子，仅起支撑作用。

现有输送辊道为六流，集中链条传动方式，改进为通轴，单独传动。本着先进、经济、实用、可靠的原则，在满足生产工艺要求的前提下，充分利用现有设备和设施，以节省投资。通过优化设计方案、合理制定施工方案，以缩短停产改造时间。针对现有辊道结构存在的问题，利用大型通用有限元计算软件ANSYS对该活动段框架进行了强度、刚度等有限元分析计算，计算结果为进一步优化该结构的设计、提高辊道的使用寿命和可靠性提供了理论依据。

1 输送辊道工况分析及改造方案的提出

现有输送辊道为六流，集中链条传动方式，如图1所示。集中传动辊道仅用在工作负荷特别沉重的条件下，通常是运送短而粗的轧件，轧件的重量集中作用在为数不多的几个辊子上。传动方式驱动装置和传动机构复杂，故障率高，维修工作量大［1］。

图1 原有辊道三维示意图Fig.1The schematic diagram for the former conveying rollers

现将辊道改进为通轴，单独传动，如图2所示。单独传动辊道，即一个辊子或两个辊子由一台电机传动。这种传动方式，飞轮距小，启动制动容易;可单独快速换辊，维修方便，而且不影响生产;结构简单。单独传动辊道更适用于较长的件，轧件的重量分配在多个辊子上，此时集体传动能充分利用电机功率的优越性不存在了［2］。

图2 改进后的通轴辊道示意图Fig.2Schematic diagram for the improved hole-though rollers

将输送辊道为六流集中链条传动方式改为通轴单独传动，是将每一排分散的六个辊子合成一个通辊。这样会致使通辊的刚度和轴头部分的强度受到影响，进而影响辊道输送工作的正常运行。本文提出中部增加支承辊，通过有限元方法计算，以保证通轴刚度和轴头强度。

2 有限元模型的建立

2.1 通轴辊子结构

比较现有设备结构和改进设备的分析结果。在保证现有刚度和强度基础上进一步提高其性能，结构如图3所示，其中通辊为无缝钢管制造。

由于通轴较长，所以通轴的刚度和轴头的强度需要进一步验证。取通轴为主要分析对象，采用六面体网格划分，网格划分如图4所示。

2.2 边界条件

在轴头与轴承接触部分添加约束，使其不能发生位移，只能沿轴向旋转。对支承辊也施加此约束。在支承辊与通轴接触的两个面上定义无摩擦接触。沿重力方向施加重力场［3-4］。

辊箍与通轴接触部分施加钢坯对通轴的作用力，其中包括钢坯的重力和对辊箍的摩擦力。钢坯重量对通轴的作用方向与重力场方向相同。根据钢坯(150 mm×150 mm×12 000 mm)与辊箍的接触情况，计算辊子承受钢坯的重量。当运输钢坯较长，以钢锭全长所跨越辊子数的2/3平均承受轧件的重量来计算。钢坯的摩擦力对通轴的作用方向与钢坯运动方向相反。由于钢坯温度较高，辊箍对钢坯的滑动摩擦系数取0.3［5-6］。

3 通轴计算结果分析

如图5a所示，最大位移发生在辊子中间，为1.550 mm;图5b中，最大位移发生在辊子1/ 4处，为0.074 mm;图5c中，最大位移发生在辊子1/4处，为0.091 mm。

比较图5a与图5b发现，在不改变通轴几何尺寸的条件下，最大变形位置发生变化，通过增加支承辊，通轴的变形程度仅为未增加支承辊时产生变形的1/20，显著的减小了通轴的变形程度。

图5 通轴变形云图Fig.5Deformation cloud diagram of the axle

比较图5c与图5b发现，在同样增加支承辊的条件下，通轴外径由299 mm减小到273 mm，辊子的最大变形仅增大0.017 mm。

在通轴仅有两端支撑时，轴头部分应力达到125 MPa，如图6a所示。在通轴两端支撑并增加支撑辊时轴头部分应力为15 MPa，如图6b所示。比较6a与6b发现，在不改变辊子几何尺寸的条件下，通过增加支承辊，可以显著减小通轴轴头的应力。

图6 通轴轴头部分应力云图Fig.6Stress cloud diagram of the axle end

在通轴两端支撑，增加支撑辊并减小通轴外径时，轴头部分应力为15 MPa，但是15 MPa部分较通轴两端支撑并增加支撑辊时大，如图6c所示。比较6c与6b发现，在同样增加支承辊的条件下，通轴外径由299 mm减小到273 mm，辊子的应力增加较小。

4 结论

(1)增加支承辊可以显著减小辊子的变形，明显减小辊子的应力。通轴外径由299 mm减小到273 mm，对其刚度和强度影响不大，重量减小500 kg。

(2)通过分析计算采用带支承辊的通长辊，单独传动方式可以有效的满足经济、实用、可靠的原则;通过对改进后输送辊道主要结构进行有限元计算和分析，对其进行验证后实施改造，取得预期效果。

［1］胡孟君.辊道座强度有限元分析［J］.重型机械科技，2003(3).

［2］刘赵卫，王岐，王克勇.大方坯连铸机活动段框架分析及改进［J］.重型机械，2008(1).

［3］王海文.轧钢机械设计［M］.北京:机械工业出版社，1983.

［4］张美玲，任大明，李波.热轧热输出辊道故障分析与改进［J］.冶金设备，2011(1).

［5］韩继铖，任学平.热轧带钢轧机工作辊热应力的有限元分析［J］.包头钢铁学院学报，2006，25(4).

小方坯连铸机出坯辊道优化分析

张大力1，葛俊礼2，朴英敏2，龙鹄2，李传东3

Optimized analysis for billets conveying rollers of CCM

ZHANG Da-li1，GE Jun-li2，PIAO Ying-min2，LONG Hu2，LI Chuan-dong3
(1.Tangshan Delong Steel Co.，Ltd.，Tangshan，063604，China; 2.Qinhuangdao Xizhongsuo Yanda Heavy Machinery Research Institude Co.，Ltd.，Qinhuangdao，066004，China; 3.Shanxi Metallurgical Design and Research Institude Co.，Ltd.，Xi'an，710032，China;)

Centralized chain transmission was adopted for the conveying rollers of a 6 strand billet caster.With this complex driving device and transmission mechanism，problems including high failure rate and heavy maintenance task exist at present.So the modification was proposed.In this paper，the hole-through axle structure with individual drive was put forward to replace the former one.In addition，the finite element calculation and analysis was used to simulate and verify the performance of the improved roller conveyer structure.

rollers;hole-through axle;modification;optimization;FEM

TF55

A

1001-196X(2014)05-0044-03

2014-06-25;

2014-07-13

张大力(1982-)，男，唐山市德龙钢铁有限公司助理工程师，从事连铸设备维护、技术改造工作。