以結(jié)構(gòu)模態(tài)和動態(tài)響應(yīng)分析理論為依據(jù)，應(yīng)用有限元分析法，對四輥可逆冷軋機(jī)的機(jī)架、輥系及軋機(jī)機(jī)座的整體強(qiáng)度、剛度和動態(tài)特性進(jìn)行了較系統(tǒng)深入的理論研究和模擬仿真。為鋼鐵企業(yè)軋機(jī)設(shè)備改造提供了小成本改造、可持續(xù)發(fā)展提供了理論指導(dǎo)。
    隨著對軋制板材表面質(zhì)量和精度要求的提高，對軋機(jī)系統(tǒng)高精度和高動態(tài)性能的技術(shù)要求也越來越高，四輥軋機(jī)作為板帶材生產(chǎn)的主要設(shè)備，對產(chǎn)品精度起著不可忽視的作用。對四輥軋機(jī)設(shè)備的改造，需要鋼鐵行業(yè)各界的大力支持，高等學(xué)府與設(shè)計(jì)院作為主要的科研機(jī)構(gòu)承擔(dān)的無法推卸的重任。中小鋼鐵企業(yè)是我國鋼鐵行業(yè)的重要組成部分，而中小企業(yè)資金不足、技術(shù)落后很難進(jìn)行軋機(jī)的改造和產(chǎn)品精度的提高等矛盾尤為突出。
    為了解決設(shè)備改造提高產(chǎn)品質(zhì)量這一實(shí)際問題，本文以實(shí)驗(yàn)室四輥可逆冷軋機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行了輥系改造，以便安放自動液壓壓下裝置，提高軋機(jī)的壓下精度和效率。
    1.四輥冷軋機(jī)輥系改造分析
    1.1.軋輥尺寸及材質(zhì)的選擇
    1.2.輥系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
     輥系包括工作輥、支撐輥、軸承和軸承等組成，它是四輥壓機(jī)的主要部件，輥身、輥徑和軸頭組成了輥?zhàn)?。在確定軋輥尺寸，西安確定軋輥直徑D，然后再考慮輥徑等參數(shù)；工作輥直徑可由最大咬入角α和軋輥的強(qiáng)度要求來確定；軋輥的強(qiáng)度條件是由軋輥各處的計(jì)算應(yīng)力小于許用應(yīng)力決定的。軋輥的許用應(yīng)力是指其材料的強(qiáng)度極限除以安全系數(shù)。
    根據(jù)軋機(jī)的最大寬帶依次確定工作輥輥身長度L以及工作輥與支撐輥的輥身直徑。對于四輥軋機(jī)，要盡量減少工作輥直徑，這樣可以減小軋制壓力。
    2. 四輥冷軋機(jī)強(qiáng)度及剛度的有限元分析
    2.1.軋機(jī)機(jī)架載荷與邊界約束條件的施加
    四輥可逆冷軋機(jī)在實(shí)際軋制過程中，軋機(jī)機(jī)架的受力情況十分復(fù)雜，主要有以下幾種力作用在機(jī)架上：作用在機(jī)架橫梁上的軋制力、軋機(jī)機(jī)架立柱上引起的反力、機(jī)架立柱上的水平拉力對機(jī)架立柱的水平慣性力、對機(jī)架上下橫梁引起的附加力、機(jī)架立柱的周向沖擊力、在機(jī)架下支撐面上引起的反力。
上述各種作用力中，軋制力對機(jī)架的影響最大，機(jī)架整體受力雖然負(fù)責(zé)，但是可以忽略其他作用力的影響。對機(jī)架進(jìn)行靜力只選取軋制力，施加載荷時(shí)，按照均布載荷的形式施加在機(jī)架上下橫梁的軸承座對應(yīng)的接觸面上。
    2.2.軋機(jī)機(jī)架強(qiáng)度結(jié)果分析
通過有限元workbench 軟件后處理Solution 求解器進(jìn)行結(jié)果分析處理，對四輥可逆冷軋機(jī)機(jī)架施加邊界約束后，設(shè)定最大軋制力為120 噸。機(jī)架強(qiáng)度是橫梁機(jī)架本身承受載荷能力的重要指標(biāo)。
    2.3.軋機(jī)機(jī)架剛度結(jié)果分析
    在擁有足夠的強(qiáng)度時(shí)，機(jī)架在承受載荷和沖擊力是不至發(fā)生強(qiáng)度破壞事故，同時(shí)機(jī)架要有足夠的剛度來抵抗變形，因?yàn)楫a(chǎn)品的精度具有重要的意義。
    3. 四輥可逆冷軋機(jī)模態(tài)分析
    3.1. 機(jī)架的模態(tài)分析
    3.1.1.邊界條件的施加及求解
    在實(shí)際的軋制過程當(dāng)中，機(jī)架通過地腳螺栓與地基軌座相連外，還通過機(jī)架底面與軌座緊密接觸，因此，對軋機(jī)機(jī)架底面施加Z 方向和X 方向自由度的約束。對于單邊機(jī)架模型約束的施加方法相同。模態(tài)分析不考慮外載荷的作用，故不需要施加軋制力等外載荷。
    3.1.2.四輥軋機(jī)機(jī)架的模態(tài)結(jié)果分析
    通過軋機(jī)機(jī)架的完整實(shí)體模型，利用Workbench 中的模態(tài)分析模塊，求得軋機(jī)機(jī)架的前15 階模態(tài)振型.
    四輥軋機(jī)機(jī)架有限元?jiǎng)討B(tài)特性分析前15 階模態(tài)的固有頻率和振型如表5.1。模態(tài)分析對軋機(jī)影響最大的是前幾階振型，前六階模態(tài)振型云圖如上圖。從軋機(jī)機(jī)架振型云圖可以看出，機(jī)架不僅沿軋輥軸向（Z 軸方向）、軋制方向（X 軸方向）和兩立柱腰部的彎曲擺動，而且還存在一定的扭轉(zhuǎn)振動，該振動形態(tài)都將會機(jī)架的強(qiáng)度、剛度造成一定的影響，因此對機(jī)架進(jìn)行動態(tài)特性分析顯得尤為重要。
    3.2四輥可逆冷軋機(jī)機(jī)座的模態(tài)分析
    3.2.1.軋機(jī)機(jī)座有限元模型的創(chuàng)建
    在實(shí)驗(yàn)?zāi)M中，應(yīng)該對所建立的四輥軋機(jī)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕热缡∪ボ堓仢櫥b置和平衡裝置。在對四輥軋機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)可以不用考慮輥縫的影響。通過三維繪圖軟件solidworks對機(jī)架、支撐輥、工作輥、軸承座、軸承建立實(shí)體模型，對四輥軋機(jī)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，采用四面體單元。但是由于分析過程中需要的計(jì)算機(jī)配置能力很強(qiáng)，并且其結(jié)果精度對網(wǎng)格疏密要求不是太高，所以對軋機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)可以適當(dāng)縮減網(wǎng)格總數(shù)。

    本論文應(yīng)用有限元數(shù)值法，利用有限元模擬分析軟件Workbench 對四輥可逆冷軋機(jī)機(jī)架、軋機(jī)輥系、機(jī)座整體的力學(xué)行為進(jìn)行了深入的仿真分析，但是，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件的限制，本課題還有以下不足之處需要進(jìn)一步完善：對軋機(jī)進(jìn)行動力學(xué)分析時(shí)，只對機(jī)架和軋機(jī)機(jī)座整體進(jìn)行了模態(tài)分析，而沒有進(jìn)行其他動力學(xué)如瞬態(tài)分析、諧響應(yīng)分析等，需要在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)一步軋機(jī)進(jìn)行動態(tài)特性分析。