高速线材吐丝头结构仿真与优化设计研究

简介

针对高速线材轧制生产中吐丝机普遍存在振动值较大、连续运转稳定性较低、吐丝圈形不稳定等问题,对吐丝机关键部件吐丝头进行仿真优化研究。采用模态分析动力学控制方程、动平衡计算方程等,建立几何模型、有限元模型、运动学模型等并进行临界转速分析、模态分析和动平衡仿真分析,掌握吐丝头振动值较大的主要原因。为在设计阶段尽可能消除吐丝头的动平衡量,利用有限元仿真软件对原吐丝头进行模态分析,获得原吐丝头的第1阶临界转速为72.2 r/s,高于最高转速40 r/s,可按刚性转子对吐丝头进行动平衡。利用动力学仿真软件建立吐丝头的虚拟样机,对其进行双面动平衡仿真分析,获得吐丝头在两个校正面上所需的校正质量,并根据安装位置设计配重结构。通过对吐丝头进行动平衡优化,吐丝头在两个校正面的动不平衡质量分别由优化前的8.199 1 kg、6.655 4 kg下降为4.843 9×10-4 kg、3.603 8×10-4 kg,且1阶临界转速由72.2 r/s提升为72.75 r/s,满足设计要求。最后,将优化后的吐丝头安装在吐丝机空心轴上进行现场在线动平衡测试实验,吐丝头在线动平衡初始不平衡量为27.4 g,相位为232°,两个轴承位置测点的水平振动幅值分别为1.02μm、6.63μm,均小于10μm,满足设计要求。