基于ANSYS液压螺栓拉伸器的研制与分析.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 3年 第 0 7期 基于 A N S Y S液压螺栓拉伸器的研制与分析 郑 昱 ， 张江涛 ， 李 萍 上海电力修造总厂有限公 司， 上海2 0 1 3 1 6 摘 要 针对螺栓拉伸器作业工况 恶劣 的特性 ， 提 出一种基于有 限元分析与实验相结合 的设计方法。运用 A N S Y S软件对拉伸器关键结 构缸体进行强度校核和结构优化 ． 并制定拉伸器试验方案 ， 对 比两者得 到的数据 。结果表明 初设参数下缸体应力集中强度大于材 料的屈 服极 限， 不满足设计要求 ； 优化结构尺寸后 ， 缸体 的强度和刚度均满足材料的要求 ， 安全系数得到极大提高 ； 缸体外端应变数据中 仿真值 与实验值相符 ． 这为该设备 的可靠性和安全性提供 了设计依据 。 关键词 螺栓拉伸器 ； A N S Y S ； 缸体 ； 优化设计 ； 有限元 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 3 2 0 4 An a l y s i s a n d De s i g n o f Hy d r a u l i c Bo l t S t r e t c he r Ba s e d o n ANS YS Z HENG Y u， Z HANG J i a n g - t a o， L I S h a n g h a i P o w e r E q u i p me n t Ma n u f a c t u r e C o ． ， L t d ． ， P／ n g S h a n g h a i 2 0 1 3 1 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ris t i c s t h a t b o l t s t r e t c h e r w o r k i n g c o n d i t i o n wa s b a d ， p u t t i n g f o r w a r d a k i n d o f d e s i g n me t h o d wh i c h w a s fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s c o mb i n i n g wi t h e x p e r i me n t a 1 ． Us i n g t h e s o f t w are o f ANS YS t o c h e c k t h e s t r e n g t h a n d o p t i mi z e t h e s t r u c t u r a l o f the k e y s t ruc t u r e - t e n s i o n f o r c y l i n d e r ， f o r mu l a t i n g t h e t e n s i l e t e s t s c h e me ， a n d c o mp a rin g t h e d a t a ． T h e r e s u l t s s h o we d t h a t ， t h e s t r e s s c o n c e n t r a t i o n s t r e n gth o f t h e i n i t i al p a r a me t e r c y l i n d e r w a s g r e a t e r t h a n t h e ma t e ria l l i mi t y i e l d ， wh i c h d i d n o t me e t t h e d e s i g n r e q u i r e me n t s ； t h e s t r e n gth a n d s t i ff n e s s o f c y l i n d e r b o t h me t t h e ma t e ri a l r e q u i r e me n t s a f t e r o p t i mi z i n g t h e s t ruc t u r e s i z e o f t h e c y l i n d e r ， a n d t h e s afe t y c o e f fi c i e n t wa s i mp r o v e d g r e a t l y ； t h e s i mu l a t i o n s t r a i n d a t a a n d e x p e r i me n t al v a l u e o f t h e c y l i n d e r o u t e r we r e c o i n c i d e n c e ， w h i c h p r o v i d e d d e s i g n i n g e v i d e n c e f o r t h e r e l i a b i l i t y a n d s afe t y o f t h e e q u i p me n t ． Ke y wo r d s b o l t s t r e t c h e r ； ANS YS； c y l i n d e r b l o c k； o p t i mi z a t i o n；fin i t e e l e me n t 0 引言 液压拉伸器是火 电锅炉给水泵中配套的专用工具 之一 ，是一种专门用于螺帽锁紧或拆卸的液压装置『 l 1 在作业于高强度 、 大尺寸 、 大预紧力要求 的螺栓 、 螺母 时 ，液压拉伸器 比液压扭矩扳手及螺栓加热有 明显的 优势[ 2 1 ， 可轻松完成拆装工作 ， 其操作简单 、 控制精确 、 安全方便 。随着拉伸器的应用越来越广泛 ， 品种 、 规格、 结构形式也在不断增加 ．同时作业 的工况也越来越恶 劣 ， 比如超高压 、 超小空间以及多台拉伸器叠加工作等 工况 ， 如果结构设计不合理 ． 在工程上很容易出现液压 缸爆裂 、 断裂 、 扭 曲以及其他失效方式 ． 会造成发 电厂 严重的损失 ， 因此拉伸器的安全性 、 可靠性显得尤 为重 要。本文应用有限元分析软件 A N S YS对锅炉给水泵用 特定的液压拉伸器进行研制与分析 ．为设备的安全性 能以及装置设计提供依据 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 2 3 作者简介 郑 1 9 6 0 - - ， 女 ， 上海人 ， 高级工程师 ， 本科 ， 从事给水泵 、 偶合器 等产品的研发设计_T作。 3 2 l 螺栓拉伸器的结构及参数 螺栓拉伸器的结构如图 1 所示。它包括缸体 、 密封 圈、 活塞 和支架等【3 ] ， 活塞滑动配合在缸体 内， 油缸和活 塞之间构成油腔 ． 油管接头开孔与缸体上端 ． 与油腔连 通。工作时利用油缸直接对螺栓施加外力 ． 使被施加力 的螺栓在其弹性变形区内被拉长 ．螺栓 的直径微量变 形 ． 从而能够对螺母进行旋松或拧紧 密 努 篙 活塞 支架 图 1 螺 栓 拉伸 器 的 结构 示 薏 表 1为拉伸器的初设参数 ．以此为设计与分析依 据 ， 校核拉 伸器 的强度 、 刚度是否满足材料 的要求 ， 结 构 设 计 是 否 合 理 与 可 靠 缸 体 和 活 塞 的 材 料 为 4 0 C r N i Mo ． 支架 为 2 C r 1 3 2 拉伸器的有限元分析 电厂用螺栓拉伸器相比其他领域的拉伸器主要强 Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ， NO ． 0 7 ． 2 o 1 3 组态软件 Wi n C C在 A GC缸测试系统中的应用 涂 晨 ， 李 涛 ， 陈新元 ， 邓江洪 1 ． 韶关液压件厂有限公司 ， 广东 韶关5 1 2 0 2 7 ； 2 ． 武汉科技大学 机械 自动化学院， 湖北 武汉4 3 0 0 8 1 摘 要 为某厂研制 的 A G C缸试验 台 ， 采用 Wi n C C组 态软件进行画面设计 。 介绍了 自动监控系统的软硬件构成 ， 分析 了 Wi n C C与 P L C 之 间的通讯机 制。画面程序实现 了对测试过 程中电流 、 电压等相关数据 的显示 。 以及相关故障 、 报 警信 息的指示 。主要 阐述 了利用组态 软件 Wi n C C设计监控系统 的方法 。 关键 词 组态软件 ； Wi n C C； A G C液压缸测试 ； 实时监控 中图分类 号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 7 0 0 3 5 0 3 Ap p l i c a t i o n o f Co n fig u r a t i o n S o f t wa r e W i n CC i n AGC Cy hn d e r Te s t M o n i t or S ys t e m T U C h e n ， L I T a o ， C HEN Xi n - y u a n z , DENG J i a n g - h o n g 2 1 ． S h a o g u a n H y d r a u l i c F a c t o r y C o ． ，L t d ． ，S h a o g u a n 5 1 2 0 2 7 ， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f Ma c h i n e ry a n d A u t o m a t i o n ， Wu h a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， Wu h a n 4 3 0 0 8 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Ac c o r d i n g t o t h e h y d r a u l i c t e s t - b e d o f AG C c y l i n d e r i n a f a c t o r y ， t h i s p a p e r u s e s Wi n C C c o n fi g u r a t i o n s o f t w a r e t o d e s i g n t h e g r a p h i c s o f h u ma n ma c h i n e i n t e r f a c e ． An d i n t r o d u c e s s o f t wa r e a n d h a r d wa r e c o n f i g u r a t i o n s f o r a u t o ma t i o n mo n i t o r s y s t e m a n d a n a l y z e s t h e c o mmu n i c a t i o n t h e o ry b e t we e n W i n CC a n d P L C． T h e p r o g r a m i mp l e me n t s d a t a d i s p l a y， f a u l t a l e r t a n d a l a r m i n f o rm a t i o n i n d i c a t i o n ． Ho w t o u s e c o n f i g u r a t i o n s o ft ware W i n CC t o d e s i g n mo n i t o r s y s t e m i s t h e p o i n t i n t h i s p a p e r ． Ke y wo r d s c o n f i g u r a t i o n s o f t wa r e ； Wi n C C； AGC c y l i n d e r t e s t i n g； r e a l t i me mo n i t o r i n g O 引言 液压伺服缸是轧机液压 A G C系统的核心设备 ． 其 性能的好坏能直接影响轧机轧制板材 的效果[ 1 ] 。 A GC伺 服液压缸测试 系统能对 AG C缸 的常规性能和静 动态 性能进行测试 ， 确保达到出厂要求 ， 节约企业成本[2 1 。西 收稿 日期 2 0 1 3 一 O 1 0 4 作者简 介 涂晨 1 9 6 4 一 ， 男 ， 江 西上高人 ， _T程师 ， 主要从 事机械 设计 与 制造。 门子组态软件 Wi n C C功能强大 ． 无论是从功能性 、 开放 性还是现代化程度而言 ．都是满 足所要求 的最优解决 平 台 本文以某厂 A G C液压缸监测系统为例 ， 介 绍组 态软件 Wi n C C在A GC液压缸监测系统 中的应用 。 1 测试 系统概况 A G C伺服液压缸性能测试包括 以下两个方面 液 压测试系统部分和测控系统部分[ 3 1 液压测试系统部分 原理如图 1 所示 4结论 本 文利用 A N S YS软件对螺栓拉 伸器 中的缸 体进 行有 限元仿真 ．发现初设参数 下的缸体应 力集 中值大 于材料 的许用应力 ． 出现 了“ 负 ” 安全 系数 ； 优化缸体的 结构尺 寸 ．使 缸体最 大工作压 力下 的安全 系数变 为 l - 3 ． 极大地提高了螺栓拉伸器 的安全性和可靠性 。 同时 制定螺栓拉伸器 的试验方案 。在最大工作 压力和试验 压力工况下进行试验 ．测得的实际数据与仿真值基本 上相符 ． 这充分说明了有 限元结果更接近于工程实践 。 该液压螺栓拉伸器 的成功研制 为用户使用该产 品提供 了技术支持和安全保证 。 参 考 文献 [ 1 ]1 胡 志栋 ， 徐康 博． 液 压拉伸 器用螺栓 的可靠 性分析[ J 】 ． 森林 工 程， 2 0 1 2 ， 2 3 8 4 1 ． 【 2 ] 杨盛福． 螺栓 的液压拉伸预 紧[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 ， 8 ． 『 3 1 刘洪 海， 蔡伟． 基于液 压拉伸法 的风 力发 电机组螺 栓 紧固技 术研究[J ] ． 特种结构， 2 0 1 2 ， 4 5 3 5 5 ． [ 4 】 杨秀萍， 宗升发， 曹晓郦． 液压机结 构设计 的有 限元法[ J ] ． 重型 机 械， 2 0 0 3 ， 6 3 8 4 1 ． 【 5 】 梁卫兵 ， 张 江涛， 徐海旭 ． 超 高液压螺栓 拉伸器 的安全 系数 评 定与试验研究[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 3 ， 4 9 1 - 9 4 ． 35