推焦杆減振對策的ANSYS分析*
科技專論
作者：趙國旗
【摘要】推焦車是焦爐的重要配套設備之一，其主要執行機構是結構細長的推焦杆。推焦杆在推焦作業時有時出現較大振動，甚至共振。推焦杆的強烈震動不僅對焦爐造成破壞，而且會影響整個推焦杆的使用壽命，降低生產效率，增加成本。針對這一問題，利用ANSYS建立了推焦杆的有限元模型並施加合理的邊界條件，模擬推焦杆的推焦過程。針對推焦杆上存在較大振動的部位提出減振對策。根據減振對策修改推焦杆模型的結構並重新進行加載計算。根據新的計算結果驗證了減振對策是有效的。
【關鍵詞】推焦杆；ANSYS；動力學；數值模擬；減振對策
6米焦爐推焦車推焦杆作業時，有時振動烈度很大，甚至會產生強烈的共振，使整個推焦車振動起來，對焦爐和推焦車及有關設備產生了很大危害。這種現象具有一定普遍性，在國內許多6米焦爐推焦杆上都不同程度地發生過，如寶鋼、武鋼、邯鋼、昆鋼、山焦、包鋼等，都出現過推焦杆振動問題[1]。為提高推焦杆工作的平穩性，有必要掌握推焦杆的動力學響應特性，根據其振動規律提出減振措施。
使用ANSYS軟件的結構瞬態分析功能可比較準確地求出推焦杆上任意一點位置隨時間的變化規律。進而找到薄弱環節，為尋求減小振幅的途徑提供參考。
首先使用推焦杆的實際結構尺寸和所用材料的力學參數，在忽略局部效果的情況下，把對推焦杆整體振動影響不大的複雜細節結構作適當簡化，同時把線接觸的滾動支撐簡化為一定寬度的平麵支撐，連同支座結構（彈性支撐）一起建立有限元模型。這樣既突出了問題的特點又降低了問題的規模。其中滑履和爐底之間、支座與推焦杆之間界麵處采用接觸單元，指定摩擦係數。
根據現場實測情況，隻要推焦運動時就有振動出現，但最大的振動發生推焦過程中。因而重點分析推焦過程。ANSYS可以分析熱應力對結構振型的影響問題（結構與溫度場耦合），考慮到推焦杆細長比很小，加之推進過程時間較短，溫升不大，可忽略溫度變化對推焦杆振動的影響。在推杆頭部作用均布載荷，其變化規律可簡化為兩個斜坡載荷，第一段為從0到最大值的上升段，行程取推焦行程的6%；第二段為平緩下降段，實際中總推力的最大值約為60噸。在每一支撐點上施加縱向位移約束；在推杆的驅動點上施加均勻速度載荷[2]。
由於驅動齒輪的位置是不變的，推焦杆推焦運動時，相當於驅動點是不斷向相反方向移動的。對整個推焦過程進行瞬態分析。
通過對計算結果進行分析發現整個推焦杆在推焦過程中一直存在橫向和縱向振動。推焦杆後部懸空位置在推焦初期的橫向振動尤其劇烈，最大振幅達到24mm。出現此現象的原因是推焦初始階段推焦杆尾部懸空長度較大，尾部重心離支撐點較遠，推焦杆尾部在自身重力和連續支撐激勵作用下出現較大橫向振動。但隨著推焦行程增加，懸空長度減小，懸空重量減小，尾部橫向振動逐漸減弱。
可見，懸空長度過大導致推焦杆尾部在推焦初期產生強烈的橫向振動。針對這一問題，在原有支撐基礎上在推焦杆尾部再增加支撐數量，減小推焦杆尾部懸空長度，重新建立推焦杆的有限元模型，模擬推焦杆推焦過程。通過對計算結果發現增加尾部支撐後推焦杆尾部的橫向振動明顯減弱，最大振幅僅為0.12mm。
結論
（1）推焦杆在推焦過程中存在縱向和橫向振動。推焦杆的振動可以看作是持續變化的推焦阻力，阻力矩的支撐運動引起的響應；其中縱向振動主要由變化的推焦阻力引起，橫向振動由變化的阻力矩引起。
（2）推焦杆的振動是不可消除的，但經ANSYS驗證，可以通過調整推焦杆的支輥位置、數量減小推焦杆的振動幅度。
參考文獻
[1]趙福才.6m焦爐推焦杆振動的研究[D].西北工業大學,2005: 8-9．
[2]趙國旗.6米焦爐推焦阻力變化規律研究及推焦杆振動響應分析[D].內蒙古科技大學.2012: 1-3．
基金項目
貴州省2013省級實驗教學示範中心項目資助。