[00009874]重型装备承载件结构优化及寿命优化设计技术

　　项目简介：

　　重型装备承载件结构优化及寿命优化设计技术

　　重型装备是一种贵重设备，在经济生产中发挥举足轻重作用。重型装备要求可靠性很高。不仅是因为重型装备的故障或损害会给企业带来财产损失，而且由于设备故障导致的停机停产所带来经济损失也是极为巨大的。尤其是一些流水线设备，一台设备的故障会导致整条流水线停产。汽车行业的冲压生产线停产一天就会损失几亿元。因此设计此类重型设备必须保证很高的可靠性。

　　重型装备在重量上一般很大，不仅给生产运输带来了困难，而且要耗费大量原材料。在保证原有设计指标不变的情况下，对关键重型承载件进行轻量化设计，能够使重型设备的整机装备质量较大的减小，降低原材料消耗，从而降低设备生产成本。

　　轧机是冶金行业的一种重型装备。机架是轧机的最昂贵的部件，承担着轧辊传递的轧制力。机架最严重的失效形式是机架断裂。合理的机架设计可以有效降低机架内最大应力，保证机架的可靠性，避免事故的发生。因此设计轧机必须对机架机械分析验算，在保证刚度的同时，尽可能降低重量，降低工作应力。

　　重型锻压设备是另一种重型装备。整机装备质量通常在数百吨至数千吨乃至上万吨不等。设备整机质量越大对其可靠性要求越高。重型锻压设备的机架承载着工作中所有载荷，其重量占整机大部分重量，机架的损坏形式一般为疲劳断裂，为了提高机架疲劳寿命，一般采用预应力结构。

　　机架有开式机架和闭式机架之分。图1(1)是1420轧机机架三维模型。开式机架由机架本体和上盖组成，并用螺栓或键楔联结。如图1(2)所示。开式机架换辊方便，换辊时只须将上盖打开，用吊车吊出和装入。但刚性较差。

　　现以1420轧机为研究对象论述结构优化设计的效果。1420轧机基本工作参数：

　　最大轧制压力18000KN；最大轧制力矩220KNm；轧机立柱断面尺寸580*740mm。

　　轧机机架的工作许用应力一般在40~50MPa范围之内。现代轧机机座刚度一般在7000KN/mm在9000KN/mm之间，机架的变形一般占机座总变形的20%左右。取机座的刚度8000KN/mm，因此，可以算出机座的最大变形为(18000/2) /8000=1.125mm，机架的最大变形为0.225mm，机架的刚度系数为40000KN/mm。

　　计算机有限元分析技术是20世纪60年代伴随着高速发展的计算机技术、电子技术等发展起来的一门实用工程分析技术。能够分析各种复杂结构件，可以弥补用理论公式难以适应对不规则结构的计算。使用计算机有限元分析技术分别对两种优化设计方案进行计算，能够准确计算出各项性能指标。

　　按照每吨钢材0.8~1万的价格计算，每台轧机机架通过优化后能够减少原材料成本6~8万元。

　　项目核心创新点：

　　一种新颖的结构设计方案，并使用有限元分析技术模拟验证设计方案的可行性，确保设计寿命。

　　项目详细用途：

　　重型装备结构件轻量化设计及寿命设计。

　　预期效益说明：

　　在确保设计寿命的基础上，每台重型装备减重10%以上。