बैकअप रोल टूटने का विश्लेषण और संरचनात्मक अनुकूलन

सार: बैकअप रोल टूटने की दुर्घटना का कारण कोल्ड रोलिंग मिल विश्लेषण किया गया, और एक अनुकूलन योजना प्रस्तावित की गई। अनुकूलन योजना का विश्लेषण और गणना करने के लिए परिमित तत्व सॉफ़्टवेयर का उपयोग किया गया था। अनुकूलन योजना के कार्यान्वयन के बाद, कोई रोल ब्रेकेज दुर्घटना फिर से नहीं हुई।

कीवर्ड: बैकअप रोल; संरचनात्मक अनुकूलन; परिमित तत्व

कोल्ड-रोल्ड स्ट्रिप स्टील की उत्पादन क्षमता किसी देश के स्टील उद्योग के विकास स्तर का एक महत्वपूर्ण संकेतक है। स्टील उद्योग के निरंतर विकास के साथ, बड़ी और मध्यम आकार की स्टील कंपनियां कोल्ड-रोल्ड स्ट्रिप स्टील का उत्पादन करने के लिए ज्यादातर निरंतर पिकलिंग-रोलिंग संयुक्त इकाइयों का उपयोग करती हैं, जबकि छोटी कंपनियां अभी भी ज्यादातर सिंगल-स्टैंड रिवर्सिबल कोल्ड रोलिंग इकाइयों का उपयोग करती हैं।

एक कोल्ड रोलिंग मिल में वर्तमान में 1050 मिमी सिंगल-स्टैंड कोल्ड रोलिंग यूनिट है, जिसकी उत्पादन स्थिति अच्छी है। बाजार की मांग के अनुकूल होने के लिए, रोलिंग मिल को उत्पाद रेंज को व्यापक बनाने के लिए संशोधित किया गया था। संशोधन के बाद, इसमें 1200 मिमी की चौड़ाई वाली स्टील प्लेट बनाने की क्षमता है। इकाई के जीर्णोद्धार और उन्नयन के बाद, इसने 1200 मिमी चौड़ी स्टील प्लेट का उत्पादन शुरू किया, लेकिन उत्पादन प्रक्रिया के दौरान बैकअप रोलर टूटने की दुर्घटनाएँ अक्सर होती रहीं।

इस उद्देश्य से, उद्यम की आवश्यकताओं के जवाब में, लेखक ने रोलर टूटने की दुर्घटना का विश्लेषण किया और एक अनुकूलन योजना प्रस्तावित की।

रोलिंग मिल के बुनियादी पैरामीटर

1050 मिमी सिंगल-स्टैंड रिवर्सिबल कोल्ड रोलिंग मिल के मुख्य उपकरण में एक कॉइलिंग कार, एक स्टार्टिंग मशीन, एक फ्रंट कॉइलर, एक फ्रंट अनलोडिंग कार, एक छह-उच्च रोलिंग मिल शामिल हैं,

मशीन के पीछे हाइड्रोलिक कैंची, मशीन के पीछे कॉइलर, मशीन के पीछे अनलोडिंग ट्रॉलियां और रोलिंग मिल के मुख्य ट्रांसमिशन डिवाइस इत्यादि। यह 0.16 ~ 1.4 मिमी की मोटाई और 950 ~ 1200 मिमी की चौड़ाई के साथ स्ट्रिप स्टील का उत्पादन करता है; उत्पाद सामग्री में कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील, उच्च गुणवत्ता वाले कार्बन स्ट्रक्चरल स्टील, कम मिश्र धातु स्टील, आदि शामिल हैं; प्रतिनिधि ग्रेड में शामिल हैं: Q215, 08Al, SPCC, SPCD, SPCE, IF; उत्पादन क्षमता 220,000 t/a; खाली मोटाई: 3 ~ 3.5 मिमी, चौड़ाई: 950 ~ 1 200 मिमी; अधिकतम सामग्री शक्ति σs ≤ 590 N / mm2, अधिकतम σb ≤ 900 N / mm2। अधिकतम रोलिंग बल 12500kN है, और अधिकतम रोलिंग गति 850 m / mm है।

टूटे हुए रोल के कारणों का विश्लेषण

साइट पर मौजूद जानकारी के अनुसार, रोल टूटने की दुर्घटनाओं के लिए कोई विशेष कार्य स्थितियां नहीं हैं। कभी-कभी रोल टूटने की दुर्घटना रोलिंग के दौरान होती है, और कभी-कभी रोल टूटने की दुर्घटना रोल के एक-दूसरे के खिलाफ़ दबने के तुरंत बाद होती है। टूटे हुए रोलर्स का स्थान अपेक्षाकृत स्थिर होता है, और वे सभी रोल नेक में एक छोटे खांचे में स्थित होते हैं (चित्र 1, चित्र 2 देखें)। यह शुरू में निर्धारित किया जाता है कि "खांचे" पर तनाव सांद्रता बहुत बड़ी है।

चित्र 1 साइट पर टूटे हुए रोलर की तस्वीर

चित्र 2 वर्तमान संरचना समर्थन रोलर का संरचनात्मक आरेख

संरचनात्मक विश्लेषण बैकअप रोल

संशोधन से पहले बैक-अप रोलर की लंबाई 1040 मिमी है (चित्र 3 देखें)। चूंकि उपयोगकर्ता परिवर्तन के दौरान मूल भागों का पूरा उपयोग करने के सिद्धांत का पालन करता है, इसलिए रोल बॉडी को लंबा करते समय अन्य संरचनाओं के आकार और आकार को यथासंभव अपरिवर्तित रखा जाना चाहिए, और रोल की कुल लंबाई को अधिकतम सीमा तक अपरिवर्तित रखा जाना चाहिए। अंत में, सपोर्ट रोलर बॉडी की लंबाई 1040 मिमी से 1200 मिमी तक बढ़ा दी गई, और कुल लंबाई 3336 मिमी से 3356 मिमी तक बढ़ा दी गई। इसके अलावा, रोल नेक और रोल बॉडी के जंक्शन पर मूल "गोल कोने + बेवल" संक्रमण विधि को रद्द कर दिया गया है और इसे फिलेट के सीधे संक्रमण में संशोधित किया गया है (चित्र 4 और चित्र 5 देखें)

चित्र 3 संशोधन से पहले बैकअप रोल का संरचनात्मक आरेख

चित्र 4 संशोधन से पहले बैकअप रोल संक्रमण क्षेत्र का विस्तृत दृश्य

चित्र 5 वर्तमान संरचना में बैकअप रोल के संक्रमण क्षेत्र का विस्तृत दृश्य

यह देखा जा सकता है कि "खांचा" एक तनाव संकेन्द्रण क्षेत्र है, और रोलिंग बल लागू होने के बाद तनाव संकेन्द्रण होगा। हालांकि, उपयोग के दौरान मूल संरचना में कोई रोल टूटने की दुर्घटना नहीं हुई। संशोधन के बाद, रोल नेक और रोल बॉडी के जंक्शन पर सामग्री का हिस्सा हटा दिया गया, जिससे रोल नेक का झुकने का प्रतिरोध कम हो गया, जबकि "नाली" संरचना अभी भी बरकरार थी। तनाव संकेन्द्रण का जोखिम तेज हो जाता है और दुर्घटनाओं की संभावना बढ़ जाती है।

बैक-अप रोलर असेंबली विश्लेषण

लेखक ने संशोधन से पहले बैकअप रोलर की असेंबली ड्राइंग और उपयोगकर्ता द्वारा संशोधन के बाद बैकअप रोलर भागों की ड्राइंग के आधार पर संशोधित बैकअप रोलर असेंबली की समीक्षा की (चित्र 6 देखें)। बैक-अप रोलर, बैक-अप रोलर बेयरिंग सीट और शोल्डर रिंग को छोड़कर, चित्र में सभी भाग मूल भाग हैं और मूल असेंबली तकनीकी आवश्यकताओं के अनुसार निष्पादित किए गए हैं।

चित्र 6 वर्तमान संरचना समर्थन रोलर का संयोजन आरेख

समीक्षा प्रक्रिया के दौरान, लेखक ने पाया कि बैकअप रोलर की असेंबली प्रक्रिया के दौरान, संरचनात्मक सीमाओं के कारण, चार-पंक्ति बेलनाकार असर की आंतरिक रिंग के गोल कोने बैकअप रोलर के चम्फर के संपर्क में थे और कंधे की अंगूठी के साथ निकटता से फिट नहीं हो सके (चित्र 7 देखें)। नतीजतन, चार-पंक्ति बेलनाकार असर की आंतरिक रिंग और बाहरी रिंग को अक्षीय दिशा में तय नहीं किया जा सकता है। चूंकि असर की आंतरिक रिंग और कंधे की अंगूठी थर्मल असेंबली द्वारा समर्थन रोलर के साथ इकट्ठा की जाती है, इसलिए वे समर्थन रोलर के सापेक्ष नहीं चल सकती हैं। इस तरह, चार-पंक्ति बेलनाकार असर की आंतरिक रिंग और कंधे की अंगूठी के बीच एक अंतर बन जाएगा, और स्थिति लगभग बैकअप रोलर की "नाली" स्थिति के साथ मेल खाएगी।

चित्र 7 बैकअप रोलर असेंबली का बड़ा दृश्य

अनुकूलन योजना

उपरोक्त विश्लेषण के माध्यम से, लेखक निम्नलिखित दो अनुकूलन समाधान प्रस्तावित करता है (चित्र 8 देखें)।

चित्र 8 बैक-अप रोलर अनुकूलन योजना

दो अनुकूलन योजनाओं में, रोल की लंबाई समान है। परिवर्तन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, मूल डिज़ाइन "नाली" संरचना को रद्द करने और इसे गोल R10 संक्रमण में बदलने की सिफारिश की जाती है। केवल रोल नेक और रोल बॉडी के जंक्शन पर संक्रमण क्षेत्र अलग है (चित्र 8 (बी), (सी) देखें)। योजना 1 का संक्रमण क्षेत्र R30 बड़े चाप संक्रमण को अपनाता है; योजना 2 का संक्रमण क्षेत्र R40 चाप और 25 को अपनाता है। बेवल-R20 चाप व्यापक संक्रमण।

परिमित तत्व विश्लेषण और गणना

यह आलेख चार विकल्पों का विश्लेषण और गणना करने के लिए बड़े पैमाने पर इंजीनियरिंग विश्लेषण सॉफ्टवेयर Ansys/Workbench का उपयोग करता है: उपयोगकर्ता का मूल डिज़ाइन, उपयोगकर्ता का संशोधित डिज़ाइन, हमारा अनुकूलित डिज़ाइन 1 और अनुकूलित डिज़ाइन 2।

मॉडल बनाएं

(1) त्रि-आयामी ठोस मॉडल स्थापित करें

सपोर्ट रोलर की संरचना और लोड विशेषताओं के अनुसार, लेखक मॉडलिंग के लिए सपोर्ट रोलर का एक चौथाई हिस्सा लेता है। लागू किए गए भार और बाधाओं को वास्तविक कार्य स्थितियों के करीब लाने के लिए, चार-पंक्ति बेलनाकार असर और बैक-अप रोलर की आंतरिक रिंग को एकीकृत किया जाता है, और मध्यवर्ती रोलर और बैक-अप रोलर असर सीट का ठोस मॉडल स्थापित किया जाता है (चित्र 9 देखें)।

चित्र 9 3D ठोस मॉडल

(2) मेष विभाजन

जाल को स्थानिक हेक्साहेड्रल तत्वों का उपयोग करके विभाजित किया गया था और उन क्षेत्रों में परिष्कृत किया गया था जहाँ तनाव सांद्रता हो सकती है। कुल 1,674,559 नोड्स और 460,071 तत्व प्राप्त किए गए (चित्र 10 देखें)। यह मॉडल कई संपर्क निकायों का एक गैर-रेखीय विश्लेषण मॉडल है।

चित्र 10 मूल डिजाइन योजना का जाल विभाजन

(3) सीमा की स्थितियाँ

1) मध्यवर्ती रोलर और बैक-अप रोलर के बीच, तथा बैक-अप रोलर और बेयरिंग सीट के बीच संपर्क स्थापित करें।

2) सममिति समतल पर सममिति प्रतिबंध लागू करें। मध्यवर्ती रोलर के नीचे लंबवत स्थिर प्रतिबंध लागू किए जाते हैं।

3) बेयरिंग सीट पर 312.5 t का एक चौथाई रोलिंग बल लागू करें।

लेखक मूल डिजाइन योजना की सीमांत स्थितियाँ देता है (चित्र 11 देखें)। चूँकि सीमांत स्थितियाँ समान हैं, इसलिए अन्य तीन योजनाओं की सीमांत स्थितियाँ नहीं दिखाई गई हैं।

चित्र 11 मूल डिज़ाइन योजना की सीमा स्थितियाँ

सीमांत स्थितियाँ जोड़ने के बाद, मॉडल मूलतः स्थापित हो जाता है और गणना की शर्तों को पूरा करता है।

विश्लेषण और गणना

मूल डिज़ाइन संरचना की गणना और विश्लेषण के बाद, वॉन-माइज़ तनाव वितरण क्लाउड आरेख प्राप्त किया गया। अधिकतम तनाव 358.57 एमपीए था, जो "खांचे" पर दिखाई देता है (चित्र 12 देखें)।

चित्र 12 मूल संरचना का तनाव बादल आरेख

मौजूदा संरचना की गणना और विश्लेषण के बाद, वॉन-माइस तनाव वितरण बादल आरेख प्राप्त किया गया। अधिकतम तनाव 377.67 एमपीए था, जो "खांचे" पर दिखाई देता है (चित्र 13 देखें)।

चित्र 13 मौजूदा संरचना का तनाव बादल आरेख

अनुकूलित डिजाइन योजना 1 की गणना और विश्लेषण के बाद, वॉन-माइसिस तनाव वितरण क्लाउड आरेख प्राप्त किया गया था। अधिकतम तनाव 325.3 एमपीए था, जो रोल नेक और रोल बॉडी के जंक्शन पर संक्रमण क्षेत्र में दिखाई दिया (चित्र 14 देखें)। अनुकूलित डिजाइन योजना 2 की गणना और विश्लेषण के बाद, वॉन-माइसिस तनाव वितरण क्लाउड आरेख प्राप्त किया गया था। अधिकतम तनाव 287.85 एमपीए था, जो रोल नेक और रोल बॉडी के जंक्शन पर संक्रमण क्षेत्र में दिखाई दिया (चित्र 15 देखें)।

बैक-अप रोलर के लिए चुनी गई सामग्री YB-65 है, और उपज शक्ति σs = 650 MPa है, जिससे मैन्ड्रेल का अधिकतम तनाव और सुरक्षा कारक प्राप्त होता है (तालिका 1 देखें)। यह देखा जा सकता है कि उपयोगकर्ता के संशोधन के बाद, बैकअप रोलर का सुरक्षा कारक बहुत कम हो गया था, जिससे बैकअप रोलर का उपयोग करने का जोखिम बढ़ गया; जबकि इष्टतम डिजाइन 2 में इष्टतम डिजाइन 1 की तुलना में उच्च संरचनात्मक सुरक्षा कारक है, और अंतिम उपयोगकर्ता ने अंतिम समाधान के रूप में इष्टतम डिजाइन 2 को निर्धारित किया।

चित्र 14 अनुकूलित डिज़ाइन समाधान 1 का तनाव बादल आरेख

चित्र 15 अनुकूलित डिज़ाइन विकल्प 2 का तनाव बादल आरेख

तालिका 1 विभिन्न भारों के अंतर्गत मैंड्रेल द्वारा उत्पन्न अधिकतम तनाव

योजना	अधिकतम तनाव (एमपीए)	सुरक्षा कारक
मूल डिजाइन	358.57	1.81
मौजूदा संरचना	377.67	1.72
अनुकूलित डिज़ाइन 1	325.3	2
अनुकूलित डिज़ाइन 2	287.85	2.26

निष्कर्ष

इस अनुकूलन योजना को वास्तविक उत्पादन और अनुप्रयोग में लागू किया गया है, और फिर से कोई रोलर टूटने की दुर्घटना नहीं हुई है।