框架式液压机机架立柱筋板位置优化.pdf

板支撑着整个立柱。故立柱内筋板的数量和位置对 液压机机身具有重要的影响， 直接影响液压机的使 用寿命。 因此， 在整体框架式液压机机身结构设计过 程 中必须对立柱 内筋板 的数量及位 置进行优化设 计 ， 以提高机身强度 和刚度 ， 使应力分布合理[ 5 1 。 T H P 6 1 8 0 0 D型金属挤压液压机 的公称压力为 8 0 0 0 k N， 可用于金属材料 的挤压成形 ， 也可用于金 属板材的成形工艺。本文针对该液压机整体框架焊 接式机身结构特点，通过改变液压机机身立柱内筋 板数量及位置， 采用有限元模拟软件 A N S Y S 对不同 筋板数量及位置条件下的机身进行模拟分析，给出 机身应力和位移的分带 f青况 ，为整体框架焊接式液 基金项 目 天津市重大科技攻关项 目 0 5 2 HG C G X 0 0 2 0 0 通过 P r o ／ E与 A N S YS转换接 口将液压机机 身模型 导人 A N S YS 软件中。 液压机机身的材料是 Q 2 3 5 ， 相 关 的材料性能参数有 弹性模量 E2 ． 0 61 0 “ P a ， 泊松 比 0 _ 3 ，密度 P7 ． 81 0 k g ／ m ，屈服极 限 O “s 2 3 5 M P a 。采用 8 节点实体单元 S o l i d 4 5 16 Jg 模型 进行网格划分，其中4 个立柱的网格比上横梁和下 横梁的网格精细。 液压机的主液压缸固定在机身上横梁的缸孔 中， 在主液压缸的上表面均匀分布着 1 6 个螺栓。液 压机工作时， 由于主液压缸内压作用， 并通过力的传 递使机身上横梁上板在 1 6 个螺栓处受到均匀向上 的作用力。在 A N S Y S 模拟中，把 1 6 个螺栓简化为 一 3 5 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 分布 4块筋板和均匀分布 5 块筋板。前 3种情况虽 然适用于大型液压机理论分析 比较 ，但在实 际中不 采用， 故本文只把前 3种情况的分析结果进行说 明， 不做具体分析。 在液压机设计时，保证机身的刚度和强度是必 须遵守的首要条件， 液压机处于满载荷工作状态时， 机身处于弹性变形状态，由于实际压力都作用于机 身上横梁上板紧固液压缸的 1 6 个螺栓处， 方向垂直 于上横梁上板均匀向上 在 A N S Y S 中为 Y 方向 ， 该 方向的应力对机身的影响最大，而由实际作用力转 化的其它两个方 向的应力对机身的影 响不大。 因此 ， 在对液压机机身进行分析时，除了分析机身的等效 应力和等效位移外 ，还需分析施加载荷方向上的应 力和位移。 一 3 6一 MP a ，均匀分 布 5块 筋板 时 的最 大 Mi s e s 应 力为 8 4 ． 7 2 7 M P a 。其 中，当在立柱 内距上横梁下板 8 8 0 mm的位置处增设一筋板时机身的最大 M i s e s 应力 最小 ；当立柱内均匀分布 4块筋板时机身的最 大 Mi s e s 应力最大 。 2 上述 6 种情况的最大 M i s e s 应力数值比较 接近， 最大差值为6 ．0 4 2 M P a 。这说明增加或减少筋 板的数量对最大 M i s e s 应力影响不大。 3 上述 6种情况的最大 Y方 向应力分别为 无筋板时的最大 Y方向应力为 7 5 ． 6 4 MP a且为压应 力 ，顶部 1 块筋板时 的最大 Y方 向应力为 7 4 ． 3 5 4 M P a ，中间 1 块筋板时的最大 Y方向应力为 7 5 ． 7 6 5 M P a ，均匀分布 3块 筋板时 的最 大 Y方 向应力 为 7 9 ． 7 0 7 MP a ，均匀分布 4块筋板时的最大 Y方向应 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m C 均匀分布 5块筋板 图3 3种典型情况下的机身 Mi s e s 应力分布 力为 7 9 ． 7 5 9 MP a ，均匀分布 5块筋板时的最大 Y方 向应力为 7 7 ． 4 1 MP a 。其 中， 当在立柱 内距上横梁下 板 8 8 0 m m的位置处增设一筋板时机身 的最大 Y方 向应力最小 ；当立柱内均匀分布 4块筋板时机身的 最大 Y方向应力最大。 4 上述 6 种情况的最大 Y 方向应力在数值上 非常接近 ，只有无筋板时的最大 Y方向应力为压应 力 ， 其它 5种情况的最大 Y 方 向应力都为拉应力。 这 C 均匀分布 5块筋板 图4 3种典型情况下的机身Y方向应力分布 说 明增加或减少筋板的数量对最大 Y方 向应力影响 不大。 5 顶部 1 块筋板时的最大 Mi s e s 应力 和最大 Y方 向应力均小于中间 1 块筋板 时的最大 Mi s e s 应 力和最大Y 方向应力。 说明液压机处于工作状态时， 立柱的上半部分受到的应力大于立柱下半部分的应 力 ， 越靠近上横梁 ， 应力越大。 6 在实际设计压力机时， 为保证其安全性， 选 一 3 7 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m b 均匀分布4块筋板 C 均匀分布 5块筋板 图5 3种典型情况下的机身的等效位移分布 一 3 8一 b 均匀分布4块筋板 C 均匀分布 5块筋板 图6 3种典型情况下的机身Y方向位移分布 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 筋板 时的最大 Y方向位移为 1 ． 4 J 4 7 m m， 中间 l块筋 板时的最大 Y方 向位移为 1 ． 5 3 8 mm， 均匀分布 3 块 筋板时的最大 Y方向位移为 1 ． 2 8 4 i n l n ，均匀分布 4 块筋板时的最大 Y方 向位移为 1 ． 2 2 9 i n l n ， 均匀分布 5块筋板时的最大 Y方向位移为 1 ． 0 9 1 i n l n 。 3 上述 6种情况的最大等效位移和最大 Y方 向位移相等。 其中， 当立柱内无筋板时的最大等效位 移和最大 Y 方向位移最大 ； 当立柱内均匀分布 5块筋 板时机身的最大等效位移和最大 Y方向位移最小。 4 筋板的数量对机身的最大等效位移和最大 Y方向位移有很 大的影响。立柱内的筋板越多 ， 机身 的最大等效位移和最大 Y方向位移就越小 ，二者成 反 比关系。另外 ， 筋板数量相等时 ， 筋板的位置对机 身的最大等效位移和最大 Y 方 向位移也有影响。在 立柱 内距上横梁下板 8 8 0 ml n的位置处增设一筋板 时机身的最大等效位移和最大 Y方向位移 比在立柱 中间增设 1 块筋板 的的最大等效位移和最大 Y方 向 位移要小。 5 6种不同情况下的机身立柱上半部分 的最 大等效位移和最大 Y方 向位移均大 于立柱 下半部 分的最大等效位移和最大 Y方向位移 ； 同时 ， 顶部 1 块筋板时的最大等效位移和最大 Y 方向位移均小 于中间 1 块筋板时的最大等效位移和最大 Y 方向 位移。说明液压机处于工作状态时， 立柱的上半部 分变形大于立柱下半部分的变形，越靠近上横粱， 变形越大。 6 当立柱内均匀分布 5 块筋板时，最大等效 位移和最大 Y 方向位移最小， 并且满足实际要求。 3 结论 通过 A N S Y S软件对 T H P 6 1 8 0 0 D型金属挤压 液压机的机身进行模拟分析和对机身立柱内筋板进 行结构优化 ， 得到以下结论 1 筋板的数量和位置对机身的最大 M i s e s 应 力和最大 Y 方向应力影响不大 ， 但对机身的最大等 效位移和最大 Y 方向位移有很大的影响，二者成反 比例关系。 2 筋板的数量和位置对机身的变形有很大的 影响， 通过优化得出 立柱内均匀分布 5块筋板时 ， 机身 的变形最小 ， 满足实际要求 。 3 液压机处于工作状态时 ，立柱 的上半部分 受到的力和变形大于立柱 下半部分受到的力和变 形 ， 越靠近上横梁 ， 受到 的力和变形越大。 目前 ，该设备已完成样机试制并投入小批量 生产。 参考文献 【 1 】 郝滨海， 张勇， 杨芳． 高能螺旋压力机整体机身有限元 分析及结构改进[ J 】 ． 山东大学学报 工学版 ， 2 0 0 2 ， 3 2 3 1 6 3 1 6 6 ． 【 2 】 郝滨海， 张勇 ， 杨芳． 螺旋压力机整体机身工作状态仿 真及结构优化[ J ] ． 锻压技术， 2 0 0 2 ， 2 7 3 5 0 - 5 3 ． [ 3 ]夏巨谌．塑性成形工艺及设备[ M】 ． 北京 机械工业出 版社， 2 0 0 1 ． [ 4 ]李森， 褚亮 ， 张建． 框架式液压机机身结构承载分析 【 J 】 ． 机械设 计 ， 2 0 0 6 增刊 8 3 8 4 ． 【 5 】 M ． N e u m a n n ， H． H a h n ． C o m p u t e r s i m u l a t i o n a n d d y n a mi c an a l y s i s o f a me c h ani c al p r e s s b a s e d o n d i ff e r e n t e n g i n e e r mo d e l s[ J 】 ．Me t h e ma t i c s a n d C o m p u t e r i n S i m u l a ti o n ， 1 9 9 8 ， 4 6 5 5 7 5 9 ． [ 6 ]张胜民． 基于有限元软件 A N S Y S 7 ． 0的结构分析【 M] ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 4 ． 【 7 】刘茜， 王太勇， 万淑敏 ， 等． 框架式油压机机架刚强度 的有限元分析[ J ] ． 机床和液压， 2 0 0 4 1 7 5 - 7 7 ． 【 8 ]刘茜 ， 王太勇 ， 万淑敏．框架式油压机机身的有限元 分析和优化设计[ J 】 ． 机械 ， 2 0 0 4 ， 3 1 4 1 0 1 2 ． [ 9 ]9 刘强， 付文智， 李明哲， 等． 三梁四柱式多点成形压力机 机架结构有限元分析和优化设计【 J 】 ． 塑性工程学报， 2 0 0 3 。 1 0 5 4 9 5 2 ． 通信地址天津市南开区南开五马路 9 4号天津市南开区 职工大学 3 0 o 1 0 2 ， 收稿 日期 2 0 0 8 0 3 3 1 一 3 9 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m