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考虑制造误差的模锻压机C形板组配顺序研究

2017-08-24 09:07:48本网

  C形板是800MN巨型模锻压机的关键承载1234567部件,现有工艺无法实现其整体制造,只能制造成多层垫板并行承载,制造误差无法避免。由于结构尺寸巨大,制造误差极易导致C形板结构间承载界面的接触状态发生变异,致使载荷向某个方向或区域发生高度聚集,对叠板内部及叠板界面软件工程技术研究中心副教授、博士。主要研究方向为复杂机电装备建模、结构动态优化设计等。陈振兴,男,1986年生。华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心硕士研究生。

  杨勇,男,1987年生。华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心硕士研究生。张卫国,男,1957年生。华中科技大学国家CAD支撑软件工程技术研究中心教授。间的应力分布、载荷传递、刚度匹配等造成极大影响,直接影响装备的寿命、功能和运行精度。从不同角度分析了巨型模锻压机C形板的应力分布情况,实现了C形板组的优化设计,但都没有考虑C形板组的制造误差。在实际装配过程中,如何确定装配顺序,最大程度地消减由制造误差引起的应力畸变,是本文的主要研究内容。

  1并行承载结构力流传递路线圄1为800MN巨型模锻压机的结构示意圄。压机工作时的载荷传递路线为:工件变形抗力往上传递给上模具后,经由活动横梁、工作缸、上板梁传递给C形板;工件变形抗力往下传递给下模具后,经由固定下梁传递给C形板,由此形成封闭力系。C形板是构成封闭力流传递系统的载体,也是最为关键的承载部件,其刚度与强度直接决定着整机的工作性能。

  1.工件2.上模具3.活动横梁4.工作缸5.上板梁6.C形板7.下模具8.固定下梁巨型模锻液压机结构示意图C形板是一类超高/长的结构,其纵向高度达到了36.2m,而最小竟度仅为1. 75m.综合考虑零件的可加工性及刚度匹配的要求,C形板往往制造成多片叠加的形式;相应地,C形板的承载方式也由单片承载变成了多片并行承载(圄2)。

  与C形板连接的主要部件有上板梁、垫板、垫铁、下十字键、上十字键、大拉杆和夹紧梁,由它们组成的连接结构如圄3所示。工件变形抗力传递给上板梁后,经由垫板、C形板、十字键、大拉杆、夹紧梁,最后汇聚于C形板上,锻压方向(垂直方向)为主载荷传递方向。

  2制造误差影响下并行承载结构的组配形式800MN巨型模锻压机的并行承载C形板组由5片C形板叠合而成,目前可用的加工工艺只能将C形板间关键部位的制造和装配误差控制在0.25mm以内。由圄3可知,与C形板组相配合的部件为十字键和夹紧梁。根据制造误差位置的不同,C形板组的一片或者多片与夹紧梁或(和)十字键之间存在左偏差、右偏差、上偏差、下偏差。

  圄4a和圄4b显示了C形板往十字键端上偏时并行承载结构的组配形式。

  分析不同组配方式下并行承载结构,特别是承载结构连接部位的应力突变情况,是分析巨型成形装备力流畸变规律的重要手段,是研究并行承载结构组配方式的基础。

  3并行承载结构的有限元模型圣维南局部影响原理表明:物体的任一部分作用一个平衡力系,则此平衡力系在物体内产生的应力分布,仅局限于该力系作用的局部区域,在离该区域比较远处,这种影响便急剧减小“。因表1材料参数弹性模量(GPa)屈服强度(MPa)泊松比许用应力(b)C形板在十字键端左偏0.25mm并行承载结构的组配形式此,并行承载结构的相对误差只会影响承载结构连接部位的很小区域,其对装备整体结构所造成的影响可以忽略不计。基于以上理由,对分析模型作如下设定:距并行承载结构(C形板)较远零件的结构细节,如卸荷槽、倒角、圆角等不予考虑。

  并行承载结构的关键部件,包括C形板、十字键、斜键、夹紧梁等结构的所有细节予以考虑,且为了提高连接部位的计算精度,在接触区域,对网格进行细化处理。

  模型为对称结构,取1/2模型进行分析。

  基于中心载荷分析方案,将压机的各部件定义成为接触体;采用黏滑摩擦类型,摩擦因数为0.1.采用八节点六面体单元进行分析,所建立的有限元模型如圄5所示。

  边界条件定义如下:①底座固定(固定X、Y、Z向的位移)②模型对称面施加对称边界条件(固定模型Z向位移)③800MN作用力由5个工作缸共同承载,因此每个工作缸施加作用力160MN;④依据实际工艺要求,在大拉杆上施加预紧力110MN;⑤在C形板拉杆上施加预紧力2MN,在侧机架与夹紧梁拉杆上施加预紧力15MN,在固定下梁侧梁拉杆上施加预紧力38MN,在活动横梁侧梁拉杆上施加预紧力28MN.分析时所用材料参数如表1所示。

  为了分析并行承载结构的力流畸变规律以确定其组配顺序,保证巨型模锻压机的稳定运行,针对制造误差分布的两类情况进行分析:①制造误差处在不同位置时并行承载结构的应力突变规律;②15片C形板分别承载时并行承载结构的应力突变规律。

  为此,拟定两类分析工况:工况1C形板与夹紧梁、十字键上下左右各端分别存在025mm装配误差时并行承载结构的应力突变情况,其目的是确定产生最大应力突变的位置及方向。

  工况2分析最大应力突变误差方向上不同承载C形板数量时的应力突变情况,其目的是确定C形承载板组的组配顺序。

  4分析结果圄6a所示为不考虑制造误差时C形板组的应力分布情况,圄6b所示为1、3、5号C形板在十字键端往上偏。25mm(两片C形板承载)时C形板组的应力分布情况。

  可以看出:不同组配形式下,应力集中的区域没有发生变化,都在C形板上段的过渡圆弧处;受承载数量减小的影响,两片承载板处的应力集中现象变得更为严重,最大应力值由183.97MPa加到了221.92MPa,加了20.62%;其他部位偏差形式C形板十字键夹紧梁无偏差183.97107.4044. 54在十字键端上偏22190107.6045.10在十字键端下偏209.造误差十字键端往上偏0.25mm不同情况下C形板的最大主应力分布的应力变化不明显,如十字键下部过渡圆弧处的最大压应力值由一8a83MPa变化到了一88.79MPa,绝对值仅减小了1.12%.为研究不同组配方式下的应力突变规律,分别分析了15片C形板承载时各关键部件的应力变化情况。表2所示为两片C形板承载时,不同组配方式下最大主应力的变化情况。

  表2不同组配形式下关键部件的最大主应力MPa在夹紧梁端,C形板在左右两向存在装配误差时,各部件应力基本没有变化,但当C形板在上下两向存在装配误差时,C形板的最大应力产生了较大的变化。

  在十字键端,当C形板在左右两端存在装配误差时,各关键部位的应力变化不明显;而当C形板在上下两端存在装配误差时,C形板的最大应力发生了较大的变化,应力最大加了分析其他数量(1片、3片、4片)C形板承载时得到的应力变化规律与两片C形板承载时的应力变化规律相同。

  由于模锻压机垂直锻压方向为主要的力流传递方向,左右方向为非主力流方向,因此当c形板组存在上下方向的制造误差时,对结构应力畸变的影响程度较大。由此可知,要减小应力畸变程度,必须防止在主力流方向存在较大的制造误差。

  为了研究不同c形板承载数量时的并行承载结构的应力突变规律,分析了15片C形板承载时,C形板的最大应力变化情况。圄7显示了这样一种变化情况。可以看出:①随着承载数量的加,C形板最大应力减小;反过来说,随着C形板承载数量的减小,C形板的应力畸变程度急剧大。②C形板最大应力与承载数量近似成线性关系,每减少一片承载板,最大应力加约综合以上分析结果,得到并行承载结构的组配规律:在主力流方向应该尽量避免制造误差;合理分布有制造误差的承载板,使得有更多数量的C形板同时承载。

  研究成果为800MN巨型模锻压机的设计制造提供了重要的理论依据,目前该机已芫成设计与优化工作,正处于制造阶段。

  5结语通过分析800MN巨型模锻压机C形板组的结构特征与并行承载特性,得到了制造误差不同存在形式下的模锻压机关键部件的应力突变情况和并行承载结构的组配规律,克服了由于制造误差而导致的载荷传递的局部聚集,为提高力流传递的均匀性提供了依据。

  对于巨型承载结构,为解决结构的可制造性和满足装备功能的矛盾,关键承载部件一般设计成多片并行承载形式。对该形式的机械结构进行组配时,需要尽量避免主力流方向的制造误差;当制造误差无法避免时,需要确保结构有较大且分布均匀的的承载面积,以保证巨大载荷在承载组合体间的均匀流动。

  基于双树复小波变换的轴承故障诊断研究艾树峰浙江传媒学院,杭州,310018变换具有近似平移不变性、避免频率混叠和有效降噪的优点,首先对轴承故障振动信号进行双树复小波分解和重构,将振动信号分解成实部和虚部,然后计算振动信号的双树复小波幅值包络和包络谱。齿轮箱轴承故障振动实验信号的分析表明,该方法能在强噪声环境下准确提取轴承故障产生的周期性瞬态冲击信号,能有效消除频率混叠现象和强噪声的影响,能有效识别轴承内圈和外圈故障。

  通滤波,以消除低频噪声的干扰,提高搌动信号的信噪比,但带通滤波的带竟往往很难正确选择。离散小波变换具有多分辨的能力,在机械设备故障诊断中得到了广泛的应用。离散小波变换采用Mallet算法,对信号的分解不具有平移不变性,即输入信号一个很小的平移会使小波系数产生非常明显的变化,而且在信号的分解和重构过程中容易产生频率混叠,不能正确反映信。长沙:中南大学,2006.北京:清华大学出版社,2004.文新海,黄明辉,湛利华。大型组合承载结构整体有限元建模研究。现代制造工程,2010(1)10-14.(编辑张洋)0引言在轴承故障搌动信号分析中常采用共搌解调分析技术,但传感器采集到的搌动信号中常常含有大量的无用噪声信号,降低了搌动信号的信噪比,严重影响了轴承故障特征的提取。因此在进行共搌解调分析之前,一般需对搌动信号进行带:2011―06―21基金项目:浙江省自然科学基金资助项目(Y1080040)

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