郭心成，粟佳，包瑞新，張文濤，侯微

新型鋼坯修磨設(shè)備的靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析

郭心成1，粟佳2，包瑞新1，張文濤3，侯微4

（1.遼寧石油化工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院,遼寧 撫順 113001； 2.遼寧石油化工大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院,遼寧 撫順 113001；3.撫順特殊鋼股份有限公司,遼寧 撫順 113001； 4.撫順市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所,遼寧 撫順 113009）

鋼坯因生產(chǎn)工序的原因其表面有氧化層及缺陷，故必須通過磨削的方法進(jìn)行表面修磨。針對(duì)目前沒有專用的設(shè)備對(duì)大型的方形鋼坯料進(jìn)行表面修磨的問題，設(shè)計(jì)了一種方形鋼坯修磨設(shè)備，并利用ADAMS軟件完成了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，修磨設(shè)備可同時(shí)平穩(wěn)完成對(duì)兩相鄰面的打磨作業(yè)。利用有限元軟件ANSYS，對(duì)修磨機(jī)進(jìn)行受載下的應(yīng)力分析、模態(tài)分析，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)；根據(jù)簡化運(yùn)動(dòng)學(xué)模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，得到了所需輸入驅(qū)動(dòng)力矩，并對(duì)關(guān)鍵部件彈簧完成了選型。理論計(jì)算及仿真結(jié)果表明，此修磨設(shè)備能夠高效地完成對(duì)大型方形鋼坯表面的磨削任務(wù)。

鋼坯修磨； 非標(biāo)設(shè)備； 靜力學(xué)分析； 模態(tài)分析

鋼鐵廠在冶煉各種高溫合金時(shí)，如果原材料表面氧化層中含大量的氫、氧，則原材料達(dá)不到冶煉標(biāo)準(zhǔn)，且影響產(chǎn)品質(zhì)量，因此必須去除原材料中的氫和氧，降低氫、氧含量[1]。目前，方形鋼坯修磨的主流方法是人工打磨，然而這種方式生產(chǎn)效率低下，而且打磨時(shí)產(chǎn)生的粉塵會(huì)對(duì)操作人員的健康造成危害[2]。

目前，國內(nèi)外對(duì)打磨設(shè)備的研究主要集中在磨削精度、運(yùn)動(dòng)控制等。針對(duì)不同的磨削任務(wù)，國內(nèi)外高校、企業(yè)開發(fā)了多種磨削設(shè)備。寶雞鋼管克拉瑪依有限公司設(shè)計(jì)了一種可對(duì)鋼管內(nèi)壁自動(dòng)打磨的設(shè)備。該設(shè)備將兩臺(tái)同步行走小車作為主要的動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用電感式限位對(duì)行走小車進(jìn)行行程定位[3]。S.HONG等[4]設(shè)計(jì)了一種管道飛濺打磨機(jī)器人，它可以在小管道內(nèi)移動(dòng)，且能夠自動(dòng)檢測管道內(nèi)的飛濺，記錄檢測到的位置，在管道內(nèi)進(jìn)行打磨。W.G.FAN等[5]設(shè)計(jì)一種基于開放帶式打磨技術(shù)的鐵路磨軌車，建立相應(yīng)的仿真模型，并利用SIMPACK軟件對(duì)其動(dòng)態(tài)工作性能進(jìn)行了評(píng)估。G.D.AYALEW等[6]設(shè)計(jì)了一種新型螺旋焊管打磨機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可同時(shí)對(duì)螺旋焊管的內(nèi)外表面進(jìn)行磨削，裝配在6自由度的機(jī)器人上。F.RAFIEIAN等[7]研發(fā)了一種單臂打磨機(jī)器人，此機(jī)器人穩(wěn)定性較好，但機(jī)動(dòng)性較差。

目前主流的磨削設(shè)備有多軸向數(shù)控磨削機(jī)床、機(jī)器人打磨單元、非標(biāo)打磨設(shè)備等[8]。數(shù)控磨削機(jī)床可根據(jù)工件的品種更換工裝夾具以實(shí)現(xiàn)打磨，但是成本較高。機(jī)器人打磨單元不適宜抓取大工件，且對(duì)小工件的磨削效率沒有數(shù)控磨削機(jī)床高。隨著設(shè)備產(chǎn)能及加工效率成為用戶關(guān)心的重點(diǎn)，對(duì)非標(biāo)打磨設(shè)備進(jìn)行了較多開發(fā)。非標(biāo)打磨設(shè)備可根據(jù)工件的特點(diǎn)量身定做適合其產(chǎn)品生產(chǎn)線的設(shè)備，達(dá)到最大兼容性。本文磨削任務(wù)的主要特點(diǎn)是大尺寸、低精度。目前，還沒有專用于大尺寸方形鋼坯表面修磨的設(shè)備，因此設(shè)計(jì)了一種可高效率、低成本地打磨方形鋼坯的修磨設(shè)備，并進(jìn)行了靜力學(xué)分析以及模態(tài)分析。

1 修磨設(shè)備的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

1.1 修磨設(shè)備的整體運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

本文對(duì)某廠已投產(chǎn)的圓鋼修磨設(shè)備[9]進(jìn)行了改進(jìn)。方形鋼坯修磨設(shè)備使用連接架搭載主軸，連接架軸上裝連接臂，連接臂上搭載砂輪機(jī)，可同時(shí)在方形鋼坯兩相鄰面進(jìn)行打磨。為了使方形鋼坯相鄰面磨削路程相等，加入了蝶形扭轉(zhuǎn)底座，可以承載方形鋼坯并可進(jìn)行扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蝶形鋼坯支撐座如圖1所示。蝶形扭轉(zhuǎn)底座固定在地面上，蝶形扭轉(zhuǎn)架與底座以鉸接方式連接，電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)蝶形扭轉(zhuǎn)架，完成方形鋼坯的翻轉(zhuǎn)。

圖1 蝶形鋼坯支撐座

圖2 修磨設(shè)備側(cè)視簡化連桿模型

將桿的轉(zhuǎn)角1作為輸入角。蝶形底座的應(yīng)用，使方形鋼坯頂端對(duì)準(zhǔn)砂輪長臂軸鉸接點(diǎn)，因此可用表示蝶形底座轉(zhuǎn)角。由蝶形底座鉸接點(diǎn)到支撐架鉸接點(diǎn)連線的轉(zhuǎn)角，可根據(jù)設(shè)備尺寸確定。及4的計(jì)算式分別見式（1）和式（2）。

1.2 磨削過程運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

將砂輪磨削方形鋼坯表面過程簡化為如圖3所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程。

圖3 曲柄滑塊簡化模型

由于蝶形底座使方形鋼坯頂端對(duì)準(zhǔn)長臂軸，因此圖3中曲柄輸入角固定為135°。由正弦定理得：

由式（4）可較為方便地實(shí)時(shí)得出砂輪在方形鋼坯表面行走的距離，方便工程技術(shù)人員了解磨削進(jìn)程，并進(jìn)一步對(duì)磨削過程進(jìn)行控制。確定運(yùn)動(dòng)學(xué)模型后，利用SolidWorks建立CAD三維模型。方形鋼坯修磨設(shè)備的三維CAD模型如圖4所示。

圖4 方形鋼坯修磨設(shè)備的三維CAD模型

1.3 ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真驗(yàn)證

利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，將SolidWorks模型導(dǎo)入ADAMS進(jìn)行剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真驗(yàn)證。ADAMS是用于虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可運(yùn)用該軟件方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。ADAMS運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真模型的求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格朗日方程建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，用于預(yù)測機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。

砂輪在方形鋼坯上端兩相鄰面磨削路程曲線如圖5所示。由圖5可以看出，隨著時(shí)間的增加，砂輪在方形鋼坯表面的移動(dòng)曲線較為平滑，兩面砂輪磨削路程基本相同，表明該修磨設(shè)備可同時(shí)平穩(wěn)完成兩相鄰面的打磨作業(yè)。

圖5 砂輪在方形鋼坯上端兩相鄰面磨削路程曲線

2 整機(jī)靜力學(xué)分析

2.1 應(yīng)力分析

采用ANSYS WORKBENCH的靜力學(xué)模塊，對(duì)所設(shè)計(jì)的修磨設(shè)備進(jìn)行應(yīng)力分析。修磨設(shè)備的主要承載力來自砂輪磨削力、彈簧力和自重。將材料的三個(gè)主要參數(shù)，即密度、楊氏模量、泊松比輸入ANSYS平臺(tái)中。新型鋼坯修磨設(shè)備各零部件材料屬性見表1。

表1 新型鋼坯修磨設(shè)備各零部件材料屬性

將修磨設(shè)備的SolidWorks模型導(dǎo)入ANSYS WORKBENCH的靜力學(xué)模塊中。為簡化分析模型，去除砂輪磨削裝置，將砂輪磨削裝置產(chǎn)生的載荷轉(zhuǎn)化為力載荷施加到連接架上。對(duì)螺紋孔施加載荷的簡化模型如圖6所示。

圖6 對(duì)螺紋孔施加載荷的簡化模型

將砂輪重力、磨削力相加，平均作用于6個(gè)螺紋孔上，力載荷大小為7 000 N。設(shè)置各零件間的接觸，繪制應(yīng)力以及位移云圖，結(jié)果如圖7所示。由圖7可以看出，最大應(yīng)力約為13.5 MPa，小于結(jié)構(gòu)鋼的屈服極限（235.0 MPa）；磨頭電機(jī)連接架最大位移位于前端，其值約為0.61 mm，對(duì)磨削過程有較大影響。因此，需要對(duì)磨頭電機(jī)連接架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文通過對(duì)磨頭電機(jī)連接架前端加裝筋板以減少前端變形。

（a）應(yīng)力

（b）位移

圖7 磨頭電機(jī)連接架應(yīng)力、位移云圖

Fig.7 Stress and displacement contours of the connecting frame of the grinding motor

加裝筋板后，通過計(jì)算求解，得到了小車整體簡化模型的位移云圖，結(jié)果如圖8所示。由圖8可以看出，最大變形降至約0.55 mm，降低了對(duì)方形鋼坯修磨的影響。

圖8 連接架改進(jìn)后的修磨設(shè)備在負(fù)載條件下的位移云圖

2.2 靜力學(xué)模型的建立

為了確定連接桿間彈簧的彈性系數(shù)以及驅(qū)動(dòng)磨頭電機(jī)連接架所需扭矩，利用自由體圖解法[10]建立了修磨設(shè)備靜力學(xué)模型。自由體圖解法利用傳統(tǒng)的Newtonian方法得到自由體圖解，從而確定每一構(gòu)件的靜力平衡方程，然后通過求解方程得到各構(gòu)件的支反力。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可建立整個(gè)機(jī)構(gòu)的受力系統(tǒng)。對(duì)連接架、連接桿、砂輪簡化后的軸套機(jī)構(gòu)建立靜力學(xué)模型的流程如圖9所示。其中，F1、F2、F3為各鉸接點(diǎn)在方向的支反力，N；F1、F2、F3為各鉸接點(diǎn)在方向的支反力，N；in為驅(qū)動(dòng)連接架所需力矩；彈為連接彈簧的彈簧力，N。

圖9 對(duì)連接架、連接桿、砂輪簡化后的軸套機(jī)構(gòu)建立靜力學(xué)模型的流程

利用Matlab聯(lián)立方程進(jìn)行求解，可得彈簧力、輸入扭矩的表達(dá)式：

式中：in為驅(qū)動(dòng)連接架所需力矩，N·m；1為磨頭電機(jī)連接架構(gòu)件長度，m；r為徑向磨削力，N；1為磨頭電機(jī)連接架的重力，N；2為連接桿的重力，N；3為砂輪重力，N。

在磨削加工過程中，磨削力可分解為切向磨削力t、徑向磨削力r和軸向磨削力a。切向磨削力Ft可通過電機(jī)的輸入功率以及砂輪轉(zhuǎn)速得出；徑向磨削力r的大小一般約為t的2倍[11]。通過電動(dòng)機(jī)輸入功率計(jì)算切向磨削力的表達(dá)式為：

式中：m為砂輪主軸電動(dòng)機(jī)輸入功率，W；為砂輪轉(zhuǎn)速，m/s。

將砂輪主軸電動(dòng)機(jī)輸入功率m=1.5 kW、砂輪轉(zhuǎn)速=10 m/s代入式（7），可得切向磨削力t=150 N，因此法向磨削力n=300 N。根據(jù)式（6）計(jì)算可知，至少需要選取剛度為6 000 N/m的彈簧。

2.3 靜力學(xué)公式驗(yàn)證

利用ANSYS WORKBENCH軟件的靜力學(xué)模塊進(jìn)行靜力學(xué)公式驗(yàn)證，將模型調(diào)整到磨削800 mm方形鋼坯結(jié)束狀態(tài)。根據(jù)實(shí)際工況，對(duì)砂輪施加磨削力載荷，對(duì)裝配體施加重力載荷；在砂輪連接臂間施加彈簧，通過仿真求解，得到使模型位移為0（保持磨削完畢時(shí)位姿不變）所需的彈簧力，即彈簧剛度。

在磨頭裝配體連接板上方施加固定約束，將各相鄰接觸部位的接觸類型設(shè)置為No Separate。No Separate較Frictionless接觸類型更易于收斂。開啟大變形選項(xiàng)，關(guān)閉接觸設(shè)置中的小變形選項(xiàng)，接觸求解方法設(shè)置為增強(qiáng)拉格朗日方法。為了根據(jù)實(shí)際工況對(duì)磨頭施加磨削力，建立力作用線。用Geometry模塊中的Face Split工具，在磨頭與方形鋼坯相切位置拉伸任意長方體，進(jìn)而畫出軸向切線。利用Face Split工具建立的磨削力作用線見圖10。

圖10 利用Face Split工具建立的磨削力作用線

刪除用于劃分曲面的長方體。按同樣方法，利用任意實(shí)體畫出徑向線，用于指示力加載方向，結(jié)果如圖11所示。

圖11 用于指示徑向磨削力加載方向的徑向線

施加徑向磨削力、切向磨削力、重力。對(duì)砂輪施加Displacement約束，將、、方向位移設(shè)置為0。通過計(jì)算求解，利用力探針工具觀測Displacement約束，得到使砂輪片位移為0的約束力為4 411.8 N。彈簧原長為200.00 mm，在切削800 mm方形鋼坯結(jié)束時(shí)，彈簧被拉伸到974.44 mm。經(jīng)計(jì)算可知，至少需要選用剛度為5 700 N/m的彈簧。這一結(jié)果與通過公式計(jì)算所得結(jié)論基本相符。

3 有限元模態(tài)分析

模態(tài)分析是分析設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能的方法，其結(jié)果只與結(jié)構(gòu)、質(zhì)量等自身屬性有關(guān)，與具體受力無關(guān)。對(duì)磨頭進(jìn)行模態(tài)分析，可防止磨頭在所處的環(huán)境中發(fā)生共振，以免磨頭結(jié)構(gòu)受損；磨頭的動(dòng)態(tài)性能直接決定修磨設(shè)備的整機(jī)性能與加工質(zhì)量。

低階固有頻率對(duì)評(píng)估機(jī)床動(dòng)態(tài)性能具有重要的價(jià)值，設(shè)備的實(shí)際工作頻率應(yīng)避開低階固有頻率，以免發(fā)生共振，降低磨削精度、使用性能及使用壽命[12?17]。利用ANSYS WORKBENCH中的模態(tài)分析模塊，對(duì)修磨設(shè)備連接架及砂輪磨削機(jī)構(gòu)添加約束條件并進(jìn)行模態(tài)分析，分析了前6階模態(tài)情況。添加兩砂輪連接桿的彈簧，對(duì)砂輪連接架與小車的鉸接連接處施加鉸接約束，釋放繞鉸接軸旋轉(zhuǎn)自由度，約束其他自由度。釋放砂輪連接桿繞砂輪主軸的旋轉(zhuǎn)自由度，計(jì)算了前6階模態(tài)，振型如圖12所示。根據(jù)振型云圖對(duì)振型進(jìn)行了分析，結(jié)果見表2。

圖12 修磨裝置的前6階模態(tài)振型圖

表2 新型鋼坯修磨設(shè)備振型分析

砂輪作為磨削設(shè)備在磨削方形鋼坯時(shí)的激振源，轉(zhuǎn)速=10 m/s，即砂輪的激振頻率為5.300 Hz。由表2中的前6階固有頻率可知，砂輪激振頻率小于磨削設(shè)備固有頻率，設(shè)備在磨削方形鋼坯時(shí)不會(huì)發(fā)生共振。但是，低階頻率較低，后續(xù)可通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化提高低階頻率。此外，由圖12可知，砂輪、連接架前端、連接架尾部、砂輪連接桿較易發(fā)生振動(dòng)。在未來的工作中，應(yīng)對(duì)上述部位進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。通過分析模態(tài)變形數(shù)據(jù)可知，裝置的最大振動(dòng)幅度為1.00～3.00 mm，對(duì)磨削效果有較大影響，在后續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)減少模態(tài)變形。

4 結(jié) 論

1）設(shè)計(jì)了一種可同時(shí)對(duì)方形鋼坯相鄰兩面氧化層進(jìn)行打磨的設(shè)備，并且進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)及靜力學(xué)分析。

2）根據(jù)修磨設(shè)備的鉸接點(diǎn)位置，將修磨設(shè)備簡化為連桿?滑塊機(jī)構(gòu)，可較為方便地進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，并通過ADAMS軟件進(jìn)行剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)驗(yàn)證。因此，此運(yùn)動(dòng)學(xué)簡化方法可作為一種有效的分析手段。

3）根據(jù)真實(shí)受載情況，對(duì)修磨設(shè)備中的關(guān)鍵部件彈簧利用靜力學(xué)公式以及有限元模型進(jìn)行了選型。結(jié)果表明，通過兩種方法所得結(jié)論相似，可確定彈簧的剛度系數(shù)。

4）對(duì)修磨設(shè)備進(jìn)行模態(tài)分析，得出了前6階振型圖。由固有頻率以及振型圖可知，設(shè)備激振頻率小于1階固有頻率，可避免發(fā)生共振。根據(jù)模態(tài)分析結(jié)果，對(duì)設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)提出了展望。

［1］ 王永進(jìn)，權(quán)龍，楊付生.大型鋼坯修磨機(jī)恒力加載系統(tǒng)的研究［J］.工程設(shè)計(jì)學(xué)報(bào)，2006，13（1）：58?61.

WANG Y J，QUAN L，YANG F S.Research on characteristics of loading system with constant force of large scale grinding machine［J］.Journal of Engineering Design，2006，13（1）：58?61.

［2］ 何小琳，熊健祥，胡慶樂，等.爬行式鋼管外表面打磨器［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2015，44（5）：27?29.

HE X L，XIONG J X，HU Q L，et al.Outer surface grinders of crawl type steel pipe［J］.Mechanical & Electrical Engineering Technology，2015，44（5）：27?29.

［3］ 尹志遠(yuǎn)，張朋年，候江濤.鋼管內(nèi)壁自動(dòng)打磨清掃裝置的應(yīng)用［J］.焊管，2019， 42（4）：50?53.

YIN Z Y，ZHANG P N，HOU J T.Application of automatic grinding and cleaning device for steel pipe inner wall［J］. Welded Pipe and Tube，2019，42（4）：50?53.

［4］ HONG S，LEE J，SHIN D，et al.Pipe spatter detection and grinding robot［J］.Applied Sciences，2022，12（21）：11045.

［5］ FAN W G，HOU G Y，WANG W X，et al.Dynamic analysis of a novel rail?grinding car using open?structured abrasive belt for high?speed railways［J］.Mathematical Problems in Engineering，2019，2019：1748679.

［6］ AYALEW G D，ZHENG Y，YANG Y.Design of a novel grinding end?effector for spiral welded pipe［C］//2020 International Symposium on Automation， Mechanical & Design Engineering（SAMDE）.Beijing：IOP Publishing Ltd，2021：012008.

［7］ RAFIEIAN F，GIRARDIN F，LIU Z H，et al.Angular analysis of the cyclic impacting oscillations in a robotic grinding process［J］.Mechanical Systems and Signal Processing，2014，44（1?2）：160?176.

［8］ 陳躍程，劉偉.鑄件清理打磨自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2015（5）：1?6.

CHEN Y C，LIU W. The technology and application of casting cleaning and polishing automation in foundry［J］.Foundry Equipment & Technology，2015（5）：1?6.

［9］ 張文濤，高春田，王青山，等.淺談一種新型圓鋼修磨機(jī)的設(shè)計(jì)［J］.中國設(shè)備工程，2022（4）：159?160.

ZHANG W T，GAO C T，WANG Q S，et al.Discussion on the design of a new round steel mill［J］.China Plant Engineering，2022（4）：159?160.

［10］ HOWELL L L.柔順機(jī)構(gòu)學(xué)［M］.余躍慶，譯.北京：高等教育出版社，2007.

［11］ 王禹林，吳曉楓，馮虎田.基于結(jié)合面的大型螺紋磨床整機(jī)靜動(dòng)態(tài)特性優(yōu)化［J］.振動(dòng)與沖擊，2012，31（20）：147?152.

WANG Y L，WU X F，F(xiàn)ENG H T.Static and dynamic characteristics optimization for a whole large?sized thread grinder based on joint surface［J］.Journal of Vibration and Shock，2012，31（20）：147?152.

［12］ 陳長征，吳煥杰，李瑩，等.單顆粒金剛石磨削SiC陶瓷有限元仿真與分析［J］.沈陽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，44（2）：180?184.

CHEN C Z， WU H J， LI Y，et al. Finite element simulation and analysis of single?particle diamond grinding on SiC ceramics［J］.Journal of Shenyang University of Technology，2022，44（2）：180?184.

［13］ 姜志達(dá)，王岳，吳玉國.地震災(zāi)害下埋地管道的有限元分析［J］.遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，42（2）：61?66.

JIANG Z D，WANG Y，WU Y G.Finite element analysis of buried pipeline in earthquake disaster［J］.Journal of Liaoning Petrochemical University，2022，42（2）：61?66.

［14］ 李雨龍，孫星，李小玲，等.拱腳位移對(duì)圓弧形拱管平面外穩(wěn)定性影響的有限元分析［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2021， 34（4）：72?77.

LI Y L，SUN X，LI X L，et al.The finite element analysis of the influence of arch foot displacement on out‐of‐plane stability of circular arch pipe［J］.Journal of Petrochemical Universities，2021，34（4）：72?77.

［15］ 張明宇.基于ANSYS對(duì)空分主冷凝器有限元局部結(jié)構(gòu)分析［J］.當(dāng)代化工，2022，51（3）：655?660.

ZHANG M Y.Finite element analysis on local structure of air separation main condenser based on ANSYS［J］. Contemporary Chemical Industry，2022，51（3）：655?660.

［16］ 張文福，厲昱秀，杭昭明，等.均布荷載和跨中集中荷載作用下簡支鋼梁臨界彎矩［J］.東北石油大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，45（1）：102?111.

ZHANG W F，LI Y X，HANG Z M，et al.Critical bending moment of simply supported steel beams under the combined action of uniformly distributed load and concentrated load at midspan［J］.Journal of Northeast Petroleum University，2021，45（1）：102?111.

［17］ 胡珺，周政，薄德臣，等.空氣預(yù)熱器殼程流場模擬與振動(dòng)分析［J］.石油煉制與化工，2017，48（11）：82?88.

HU J，ZHOU Z，BO Ｄ C，et al.Flow field simulation and vibration analysis for air preheater shell side［J］.Petroleum Processing and Petrochemicals，2017，48（11）：82?88.

Static and Dynamic Analysis of New Billet Grinding Equipment

GUO Xincheng1， LI Jia2， BAO Ruixin1， ZHANG Wentao3， HOU Wei4

（1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，F(xiàn)ushun Liaoning 113001，China；2.Continuing Education College，Liaoning Petrochemical University，F(xiàn)ushun Liaoning 113001，China；3.Fushun Special Steel Co. Ltd.，F(xiàn)ushun Liaoning 113001，China；4.Fushun Special Equipment Supervision and Inspection Institute，F(xiàn)ushun Liaoning 113009，China）

Billets have oxidized layers and defects on their surface due to the production process, so they must be surface?regulated by grinding. There is no special equipment for surface regrinding of large square steel billets; a square steel regrinding equipment was designed. Kinematic simulation verification was completed using ADAMS software. The results show that the regrinding equipment can simultaneously and smoothly complete the grinding operation on two adjacent surfaces. Using finite element software ANSYS to carry out stress analysis and modal analysis of the regrinding machine under load, and improve the structure; according to the simplified kinematic model, static analysis was carried out to get the required input driving torque, and the selection of the critical components of the spring was completed. Theoretical calculations and simulation results show that this regrinding machine can efficiently grind the surface of large square billets.

Billet grinding； Non?standard equipment； Statics analysis； Modal analysis

TE927

A

10.12422/j.issn.1672?6952.2024.01.010

2023?01?09

2023?02?20

遼寧省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（面上項(xiàng)目）(LJKZ0383）；撫順市“撫順英才計(jì)劃”項(xiàng)目（FSYC202006001）。

郭心成（1999?），男，碩士研究生，從事機(jī)械動(dòng)力學(xué)方面的研究；E?mail：gfordream@163.com。

包瑞新（1981?），男，博士，教授，從事能源動(dòng)力裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的研究；E?mail：ruixinbao@126.com。

郭心成,粟佳,包瑞新,等.新型鋼坯修磨設(shè)備的靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào),2024,44(1):64-70.

GUO Xincheng,LI Jia,BAO Ruixin,et al.Static and Dynamic Analysis of New Billet Grinding Equipment[J].Journal of Liaoning Petrochemical University,2024,44(1):64-70.

（編輯 宋錦玉）