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    大型模鍛壓機主機架結構有限元分析

    目錄:公司最新動態星級:3星級人氣:-發表時間:2018-06-19 14:25:00
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     在液壓機機械結構設計中,有限元分析因其可以較精確地揭示液壓機本體的受力及變形情況,已成為壓機結構設計的重要依據。

      本文就是對大型模鍛壓機的關鍵零部件――主機架結構進行有限元模擬分析,并通過有限元模擬分析的結果,對主體機架提前進行安全性和可靠性驗證。主體機架是大型模鍛液壓機承載壓力的最重要組件,初步設計重量達8000t,長36t,最大鑄鋼件超過380t.主體機架結構的優劣不僅直接影響壓機的壽命,而且與加工、制造、安裝等方面密切相關,是反映設計、制造水平的重要因素。大型模鍛壓機的主體機架一般均采用預應力框架式結構,這是因為預應力機架以剖分式代替整體式,較好地減少了應力集中,可靠性高,疲勞抗力好,承載能力高,且能很大程度上減小機架本體的重量。但是,預應力機架一般必須對其在預緊狀態與工作狀態兩種狀況下分別進行剛度和強度計算,以確保機架結構的整體安全性。

      2主機架預緊力計算主機架兩側共8根拉桿,上下內側兩根拉桿基金項目:國家科技重大專項項目(2009ZX04005-011)3材料參數的確定4機架結構有限元分析有限元模型的建立主機架結構頗為復雜,總體結構尺寸為36.19mx10.5mx9.0m,為正、側兩組框架結構,正面機架為鋼板組合預緊結構,由兩組共10塊C形板和中間夾十字梁用拉桿預緊而成。兩邊的側機架由上、下側板互相鉸接而成。根據有限元模擬計算的需要,本次計算對主機架的結構進行了相應的簡化。同時架整體有限元模型進行計算將會對計測機祀算機的配置要求非常高,而主機架結構為左右和前后皆對稱結構,故此采用四分之一結構進行計算與分析。

      對主機架的網六面體四節點單元,在局部關鍵區域(如大拉桿及其孔位處、工作缸施加反作用力的面等處進行網格細化,節點數246218;單元數872306.如所示。

      邊界條件設置及加載對主機架的有限元模型在預應力狀態和工作狀態下分別施加邊界條件及載荷等,分別如、4所m3顱緊狀態加栽陽4,作狀態加戰4.3有限元模擬結果分析4.3.1預緊狀態有限元模擬結果分析4.3.1.1剛度分析主機架在預緊后,C形板和側機架都會產生定的彈性變形,需對其剛度進行分析。剛度包括:C形板和側機架在預緊后的壓縮量和撓度,即在x方向(垂直方向)和y方向(水平方向)各自的變形程度。

      是預緊狀態下C形板和側機架在x方向和y方向的位移云圖,是主機架總體的位移云圖。由圖可知:預緊狀態下變形最大的地方在大拉桿與夾緊梁預緊的地方以及大拉桿本身,最大位移值為1.2079mm.C形板和側機架在長度方向壓縮量即在x方向的最大位移值分別為0.055967mm和0.16546mm,其撓度即在y方向的最大位移值分別大拉桿的變形對于大型模鍛壓機總體安裝來說影響較小,同時大型模鍛壓機的主機架在長度方向上的壓縮量對安裝的影響不大,而撓度則會影響包括立柱、工作缸等一系列零部件的安裝。由上圖的計算結果可知本次設計主機架整體預緊后C形板和側機架的撓度值都較小,大拉桿變形值也相對較小,能夠滿足安裝使用要求。

      4.3.1.2強度分析預緊狀態下,主機架的主要部分處于壓應力狀態。結構設計不合理時,局部壓應力集中會成為疲勞破壞源,導致整個結構的失效,設計中應予以關注。

      知:預緊狀態下大拉桿安裝的8個孔邊為應力集中較為嚴重的區域,其在預緊后的壓應力數值達到121.76MPa,在側機架材料許用屈服強度值280MPa范圍之內。同時由于該壓應力在工作載荷作用下會有所減小,故此主機架強度R17符合液壓機許用條件。

      工作狀態有限元模擬結果分析4.3.2.1剛度分析主機架在工作狀態下,除了承受作用于大拉桿上的預緊載荷外,還要承受通過工作缸傳遞到C形板上的載荷。此時C形板和側機架也都會產生一定的彈性變形,需對其剛度進行分析。剛度包括:C形板和側機架在工作狀態下的壓縮量和撓度,即在x方向(垂直方向)和y方向(水平方向)各自的變形程度。是工作狀態下C形板和側機架在x方向和y方向的位移云圖,是主機架總體的位移云圖。由圖可知:工作狀態下變形最大的地方在上下工作缸施加反作用力于C形板的面上,最大位移值為5.9856mm.側機架和C形板主體結構在長度方向總壓縮量即在x方向的最大位移值分別為0.65733mm和0.25812mm,撓度即在y方向的最大位移值分別為2.6397mm和大拉桿的耍形對于大型模鍛壓機總體結構說影響較小,同時大型模鍛壓機的主機架在長度方向上的壓縮量對壓機整體結構的影響也不大,而撓度則會影響包括立柱、工作缸等一系列零部件正常工作狀態下的工作精度。由上圖的計算結果可知,本次設計主機架總體在工作狀態下最大撓度值也較小,且最大變形發生在上下工作缸施加反作用力于C形板的面上,不太影響液壓機整體工作精度,故能夠滿足壓機使用要求。另外,通過計算發現C形板上由工作缸施加反作用力的面設計有些薄弱,變形值約5.24mm,需對此板加強厚度以改進其結構剛度。

      強度分析工作狀態下,主機架的主要部分處于拉應力狀態。結構設計不合理時,局部拉應力集中會成為疲勞破壞源,導致整個結構的失效,設計中應予以關注。

      通過0的計算結果可知:工作狀態下上下工作缸施加反作用力于C形板的面為應力集中較為嚴重的區域,其在工作狀態下的壓應力數值達到240.12MPa,但也在C形板用材料許用屈服強度值450MPa范圍之內。C形板和側機架的主體結構應力值都較低,說明主機架總體結構強度安全、可靠。

      I冬14卞闡n10心I1H作缸施加反力的板結構設計相對較為薄弱,需加強厚度,但其對主機架整體結構影響較小。主機架總體結構剛度和強度均安全、可靠。

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