中文字幕第二一区_久久久久在线视频_精品国产自在现线看久久_亚洲精品一区二区三区电影网

引言

軋機AGC(Automatic Gauge Control）伺服液壓缸是將液壓能轉變為機械能的液壓執行元件,也是針對軋制力變化實施厚度調節的一種快速精確定位裝置。一條連軋線有多組AGC伺服液壓缸,連續工作使板帶達到需要的厚度及公差。AGC伺服油缸工況惡劣,一直處于高溫、水汽、灰塵、沖擊、持續動載環境之中,而缸筒疲勞開裂是油缸最嚴重的失效形式,將直接導致生產中斷甚至造成安全隱患。

目前AGC伺服油缸設計制造大部分雖已國產化,但主要停留在模仿階段。目前設計計算大部分靠經驗,國內也有個別廠家對缸筒的疲勞失效進行了研究,如韶關液壓件廠有限公司的涂晨于2017年7月提出一種方法,先使用有限元軟件ANSYS計算出靜態最大應力值,然后基于米塞斯應力,用材料疲勞強度的經驗公式進行評估。但這種方法在三維設計優化后,需要重新導入有限元進行計算,在兩種軟件之間切換,工作效率會降低:并且在疲勞評估時只簡單地使用了疲勞強度的經驗公式,并沒有考慮到零件的表面粗造度、應力梯度、尺寸、循環周期等因素的影響。本文提出一種新方法,先在Creo里對AGC伺服油缸缸筒進行三維建模,并基于Creo Simulate模塊,采用有限元方法,計算出危險區域關鍵點和相鄰點3個方向的最大主應力,然后基于專業疲勞分析軟件FEMFAT進行疲勞評估。這種方法可以高效快速地對AGC伺服油缸缸筒進行計算,為AGC伺服油缸的設計提供了可靠的理論依據。

1AGC伺服油缸的工況介紹及失效模式

為了在軋制過程中實時保證鋼板的厚度和精度,AGC伺服油缸工作頻率高、壓力大,有些冷軋AGC伺服油缸的工作頻率甚至達20Hz,工作壓力達35MPa。油缸長期處于高低壓交變的載荷下,工況相當惡劣。圖1為AGC伺服油缸的受力工況。

AGC伺服油缸的失效模式主要有桿封損壞、活塞桿鍍層磨損、活塞封損壞、缸筒開裂,其中以缸筒開裂后果最為嚴重,開裂部位主要在缸筒與缸底接合的圓角處。圖2所示為國內某鋼廠4300寬厚板粗軋機上的AGC伺服油缸缸筒失效照片。這種疲勞裂紋會最先出現在圓角表面,然后逐漸延展到材料內部,最終導致從裂紋處漏油。因此,在設計階段對圓角處進行受力分析及疲勞計算顯得尤為重要。

圖2缸筒疲勞裂紋

2有限元計算

此AGC伺服油缸缸徑為1580mm,活塞桿直徑為1450mm,行程80mm,缸筒外圓62150mm,缸底厚280mm,圓角為R40mm,工作壓力29MPa。缸筒材料采用合金鋼42CrMo,彈性模量210GPa,泊松比0.3。

針對圖2所示的油缸,本文提出一種新的圓角結構,去優化缸底圓角處的應力分布。優化后的圓角如圖3所示,圓角由R40mm優化為R100mm,缸底厚度由280mm優化為325mm。活塞靠近缸底側需要加工凹槽,這樣加厚的缸底可以嵌入活塞里,從而不影響行程。

為了比較準確地模擬優化后結構的應力分布,下面通過Creo軟件對缸筒進行三維建模,并使用CreoSimulate模塊進行應力分析。

此結構可視為軸對稱結構,可以用1/4模型進行分析,并刪除不需要的孔、倒角等,然后在對稱面上設置對稱約束,將缸底與機架接合表面設為接觸,并將機架完全約束。由于要將此計算結果作為后面疲勞計算的輸入條件,而且筆者關心的區域為缸筒圓角,所以在CreoSimulate模塊里沿圓角切出1mm的環形體積塊,用于后處理中查看相關應力值。

圖3缸筒圓角結構優化

圖4為原油缸缸筒應力分布圖,圖5為優化后油缸缸筒應力分布圖,從中可以看出,原結構缸筒圓角處的最大米塞斯應力約為171MPa。結構優化后,缸筒圓角處的最大米塞斯應力約為150MPa。從有限元靜力計算結果看出,此油缸結構優化后,圓角處米塞斯應力下降了12%,因此通過圓角結構優化可以降低缸筒的集中應力。

圖4原油缸缸筒應力分布

圖5優化后油缸缸筒應力分布

3疲勞評估

疲勞計算的方法有經驗公式、專業軟件分析兩種。使用經驗公式的方法雖然簡單,但考慮的因素相對較少,分析結果誤差較大。本文使用專業疲勞評估軟件FEMFAT對AGC伺服油缸缸筒進行疲勞評估,它是將優化前后兩種方案的CreoSimulate有限元靜力計算結果作為輸入,并考慮到零件表面粗糙度及尺寸、統計方法、工作次數等因素,計算出安全系數。

缸筒的材料為42CrMo調質狀態,試棒的尺寸為7.5mm,s-N曲線如圖6所示。

FEMFAT中輸入缸筒圓角處表面粗糙度Ra3.2,缸鍍鍛件毛坯厚度約為300mm,存活率為99.998%,循環次數為1×107次。

圖7為FEMFAT輸出的原油缸缸筒疲勞安全系數的分布圖,圓角處最小疲勞安全系數為1.987。圖8為優化后油缸缸筒疲勞安全系數的分布圖,圓角處最小疲勞安全系數為2.575。從圖中可以看出,通過更改圓角結構,可以改善缸筒的疲勞工況,提高油缸的疲勞強度,進一步延長油缸的壽命。

4結語

本文分析了大型軋機AGC伺服油缸主要失效形式,提出了缸筒圓角改進方案,并基于Creo simu1ate軟件對兩種方案進行有限元靜力學對比分析,缸筒圓角優化后,有效降低了應力。然后又基于專業疲勞分析軟件FEMFAT,在考慮零件表面粗糙度及尺寸、循環次數等因素的前提下,對兩種方案進行了疲勞評估,優化后的結構較大程度地提高了缸筒的疲勞強度。因此,本文方法可以快速實現AGC伺服油缸缸筒疲勞評估,為AGC伺服油缸的設計提供了可靠的理論依據,保證了AGC伺服油缸的可靠性。