摘要：采用ANSYS／LS—DYNA有限元软件模拟计算了中厚板生产中轧机前后辊道在轧件头部平直、头部弯曲、轧件已离开轧机、轧件未离开轧机等不同情况下所受冲击载荷的等效应力，得出在轧件已离开轧机情况下，与辊道发生对心碰撞时辊道所受应力最大；在未抛钢情况下，辊道所受应力远大于前者，且在轧件头部下弯量达60mm时，辊道所受应力已超出其材料许用应力。

关键词：中厚板；辊道；轧件翘头；冲击；有限元

1  前言

    辊道是中厚板生产中不可缺少的部分，它完成在加热炉、轧制设备以及其他辅助设备之间的钢板传递。中厚板生产线上，机前、机后辊道还必须有转钢功能，用于横轧过程的转钢操作。这部分辊道一般有3种形式：圆柱形辊道(单独配转钢机)、阶梯形辊道和锥形辊道，无论哪一种形式，其工作环境都比较恶劣，需要频繁正反转，又承受很大冲击、热辐射，并且还有氧化铁皮及油水侵蚀。当轧件头部向下弯曲时，辊道所受的冲击载荷更大。

2辊道受冲击载荷的有限元模拟计算

2．1  模拟计算的设备及工艺参数

    本文以某厂3500mm中厚板轧机为例，进行辊道所受应力的模拟分析，设备及工艺参数如表1所示。

2．2有限元模型的建立

    在模型建立过程中，根据现场生产实际情况，将辊道和轧件均看作弹性体，采用八节点六面体实体单元Solid 164进行建模，并且分4种工况对轧件冲击辊道的过程进行模拟分析：

    (1)轧件尾部已离开轧辊，轧件头部无弯曲，轧件支撑在工作辊与第2机架辊上，轧件与辊道接触。

    (2)轧件尾部已离开轧辊，轧件头部向下弯曲70mm，轧件支撑在工作辊与第2机架辊上，

轧件与辊道接触。

    (3)轧件尾部已离开轧辊，轧件头部向下弯曲152．93mm，此时，轧件与辊道的接触点在第1根辊道中心和轧件与机架辊接触点的连线上，称为对心碰撞。其力学模型和有限元模型如图1所示。

    (4)轧件仍在轧辊间，轧件头部向下弯曲60mm，轧件与辊道接触。

    模拟第1～第3种情况时，辊道两端在刚性面的带动下以1．1m／s的速度转动，钢板以0．75m/s的速度前进并与辊道相撞。第4种情况，钢板的速度是通过轧辊施加的，为了与前3种情况的计算结果进行比较，轧辊的线速度也定为0．75mm／s，其力学模型和有限元模型如图2所示。

3模拟计算结果分析

    计算得出了4种情况下辊道的最大等效应力和变形，图3给出了其中第3、第4种情况下辊道的等效应力分布。

  从图3可以看出，辊道所受的等效应力沿辊身长度方向对称分布；在轧件头部冲击辊道的直线方向上，等效应力在辊道的端部有最大值，在对称面附近应力值也较大，等效应力从中心到端部先逐渐减小后逐渐增大，在端部达到最大。4种情况的等效应力分布规律均相同，但数值大小差别很大。在轧件离开轧机后与辊道撞击的情况下，轧件头部平直时辊道的最大等效应力为10MPa；轧件头部下弯70mm时的等效应力最大值为46 MPa；轧件头部下弯152．93mm时的等效应力最大值为91 MPa，此时属对心碰撞。如果轧件头部下弯量超过对心碰撞的下弯量，轧件运送会出现卡阻现象。可见，轧件头部弯曲时辊道所受冲击力要比轧件头部平直时大，而且下弯量越大，等效应力的最大值越大。轧件未完全离开轧辊且轧件头部下弯时，等效应力的最大值远大于轧件已经轧出时的等效应力最大值，此时头部下弯量为60rnm时，等效应力的最大值达到386 MPa，大大超出辊道材料的许用应力值，所以这种情况是非常危险的。

4  结论

    通过对轧制过程中辊道所受载荷的有限元模拟计算，可以得出以下结论：

    (1)轧件离开轧机后与辊道接触，轧件头部向下弯曲时辊道所受的冲击远大于轧件平直时辊道所受的冲击，在对心冲击时辊道所受载荷达到最大。

    (2)如果轧件未出辊缝，其头部下弯，接触辊道，辊道所承受的载荷远大于轧件离开轧机后对辊道的冲击所产生的应力，在下弯量达60mm时，辊道所受的应力超出其材料的许用应力。

    所以，生产中必须尽量减少轧件头部弯曲，从而减小轧件对机架辊、辊道的冲击，尤其要避免轧件头部弯曲过大造成的钻地沟现象或是轧件上翘过大造成的对挡水板以及机前高压水除鳞喷嘴的撞击及损坏现象。