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大型模锻压机主机架结构有限元分析

2017-08-21 09:26:41本网

  的预紧力为110MN,上下外侧两根拉杆预紧力为本体(主抑结构是液压机的核心机构,其机械结构设计是压机设计的重中之重。在液压机机械结构设计中,有限元分析因其可以较精确地揭示液压机本体的受力及变形情况,已成为压机结构设计的重要依据。

  本文就是对大型模锻压机的关键零部件――主机架结构进行有限元模拟分析,并通过有限元模拟分析的结果,对主体机架提前进行安全性和可靠性验证。主体机架是大型模锻液压机承载压力的最重要组件,初步设计重量达8000t,长36t,最大铸钢件超过380t.主体机架结构的优劣不仅直接影响压机的寿命,而且与加工、制造、安装等方面密切相关,是反映设计、制造水平的重要因素。大型模锻压机的主体机架一般均采用预应力框架式结构,这是因为预应力机架以剖分式代替整体式,较好地减少了应力集中,可靠性高,疲劳抗力好,承载能力高,且能很大程度上减小机架本体的重量。但是,预应力机架一般必须对其在预紧状态与工作状态两种状况下分别进行刚度和强度计算,以确保机架结构的整体安全性。

  2主机架预紧力计算主机架两侧共8根拉杆,上下内侧两根拉杆基金项目:国家科技重大专项项目(2009ZX04005-011)3材料参数的确定4机架结构有限元分析有限元模型的建立主机架结构颇为复杂,总体结构尺寸为36.19mx10.5mx9.0m,为正、侧两组框架结构,正面机架为钢板组合预紧结构,由两组共10块C形板和中间夹十字梁用拉杆预紧而成。两边的侧机架由上、下侧板互相铰接而成。根据有限元模拟计算的需要,本次计算对主机架的结构进行了相应的简化。同时架整体有限元模型进行计算将会对计测机祀算机的配置要求非常高,而主机架结构为左右和前后皆对称结构,故此采用四分之一结构进行计算与分析。

  对主机架的网六面体四节点单元,在局部关键区域(如大拉杆及其孔位处、工作缸施加反作用力的面等处进行网格细化,节点数246218;单元数872306.如所示。

  边界条件设置及加载对主机架的有限元模型在预应力状态和工作状态下分别施加边界条件及载荷等,分别如、4所m3颅紧状态加栽阳4,作状态加战4.3有限元模拟结果分析4.3.1预紧状态有限元模拟结果分析4.3.1.1刚度分析主机架在预紧后,C形板和侧机架都会产生定的弹性变形,需对其刚度进行分析。刚度包括:C形板和侧机架在预紧后的压缩量和挠度,即在x方向(垂直方向)和y方向(水平方向)各自的变形程度。

  是预紧状态下C形板和侧机架在x方向和y方向的位移云图,是主机架总体的位移云图。由图可知:预紧状态下变形最大的地方在大拉杆与夹紧梁预紧的地方以及大拉杆本身,最大位移值为1.2079mm.C形板和侧机架在长度方向压缩量即在x方向的最大位移值分别为0.055967mm和0.16546mm,其挠度即在y方向的最大位移值分别大拉杆的变形对于大型模锻压机总体安装来说影响较小,同时大型模锻压机的主机架在长度方向上的压缩量对安装的影响不大,而挠度则会影响包括立柱、工作缸等一系列零部件的安装。由上图的计算结果可知本次设计主机架整体预紧后C形板和侧机架的挠度值都较小,大拉杆变形值也相对较小,能够满足安装使用要求。

  4.3.1.2强度分析预紧状态下,主机架的主要部分处于压应力状态。结构设计不合理时,局部压应力集中会成为疲劳破坏源,导致整个结构的失效,设计中应予以关注。

  知:预紧状态下大拉杆安装的8个孔边为应力集中较为严重的区域,其在预紧后的压应力数值达到121.76MPa,在侧机架材料许用屈服强度值280MPa范围之内。同时由于该压应力在工作载荷作用下会有所减小,故此主机架强度R17符合液压机许用条件。

  工作状态有限元模拟结果分析4.3.2.1刚度分析主机架在工作状态下,除了承受作用于大拉杆上的预紧载荷外,还要承受通过工作缸传递到C形板上的载荷。此时C形板和侧机架也都会产生一定的弹性变形,需对其刚度进行分析。刚度包括:C形板和侧机架在工作状态下的压缩量和挠度,即在x方向(垂直方向)和y方向(水平方向)各自的变形程度。是工作状态下C形板和侧机架在x方向和y方向的位移云图,是主机架总体的位移云图。由图可知:工作状态下变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,最大位移值为5.9856mm.侧机架和C形板主体结构在长度方向总压缩量即在x方向的最大位移值分别为0.65733mm和0.25812mm,挠度即在y方向的最大位移值分别为2.6397mm和大拉杆的耍形对于大型模锻压机总体结构说影响较小,同时大型模锻压机的主机架在长度方向上的压缩量对压机整体结构的影响也不大,而挠度则会影响包括立柱、工作缸等一系列零部件正常工作状态下的工作精度。由上图的计算结果可知,本次设计主机架总体在工作状态下最大挠度值也较小,且最大变形发生在上下工作缸施加反作用力于C形板的面上,不太影响液压机整体工作精度,故能够满足压机使用要求。另外,通过计算发现C形板上由工作缸施加反作用力的面设计有些薄弱,变形值约5.24mm,需对此板加强厚度以改进其结构刚度。

  强度分析工作状态下,主机架的主要部分处于拉应力状态。结构设计不合理时,局部拉应力集中会成为疲劳破坏源,导致整个结构的失效,设计中应予以关注。

  通过0的计算结果可知:工作状态下上下工作缸施加反作用力于C形板的面为应力集中较为严重的区域,其在工作状态下的压应力数值达到240.12MPa,但也在C形板用材料许用屈服强度值450MPa范围之内。C形板和侧机架的主体结构应力值都较低,说明主机架总体结构强度安全、可靠。

  I冬14卞阐n10心I1H作缸施加反力的板结构设计相对较为薄弱,需加强厚度,但其对主机架整体结构影响较小。主机架总体结构刚度和强度均安全、可靠。

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