魏曉榮, 王榮光

(1.蘭州交通大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院,甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅忠恒集團(tuán)有限公司,甘肅 白銀 730913)

0 引 言

卷板機(jī)屬于鍛壓機(jī)械八大類產(chǎn)品中的彎曲校正機(jī)類[1]。其中四輥卷板機(jī)是一種將金屬板材彎曲成筒體、錐體、曲面體或其他形體的通用成形設(shè)備[2]。其中，基座是卷板機(jī)機(jī)架的主要承受構(gòu)件,受力情況復(fù)雜,是設(shè)計(jì)的主要部件之一。為此,利用ANSYS中的Workbench分析軟件對(duì)W12LSZG-280×3 000四輥卷板機(jī)機(jī)架基座進(jìn)行強(qiáng)度和剛度分析,以確保機(jī)架的安全性。

1 W12LSZG-280×3000四輥卷板機(jī)機(jī)架基座有限元模型的建立

1.1 基座結(jié)構(gòu)分析

W12LSZG-280×3 000四輥卷板機(jī)高機(jī)架受力近似簡(jiǎn)化為機(jī)身和基座兩部分,圖1為基座,基座左 、右對(duì)稱,是以立腹板為核心,將其它構(gòu)件焊接附著于其上,從而組成由鋼板焊接而成空間板殼結(jié)構(gòu)[3]。

圖1 四輥卷板機(jī)基座

該基座采用Q235B結(jié)構(gòu)鋼焊接構(gòu)件, 基座材料的性能參數(shù)如表1所列。

表1 四輥卷板機(jī)基座材料的性能參數(shù)

1.2 有限元模型的建立

首先在SolidWorks軟件中建立卷板機(jī)基座的三維模型,在建模過程刪除小圓角、倒角等幾何特征。將模型導(dǎo)入ANSYS Workbench進(jìn)行網(wǎng)格劃分,默認(rèn)殼體單元類型為SOLID186,網(wǎng)格尺寸為50 mm,該有限元模型共有110 759個(gè)單元,199 561個(gè)節(jié)點(diǎn),如圖2所示。

圖2 基座的有限元模型

1.3 載荷的施加

四輥卷板機(jī)基座受到下、側(cè)輥升降油缸的反作用力分別為F1、F2、F3，如圖3所示,經(jīng)計(jì)算可得,下輥對(duì)基座的反作用力F1=18 897.5 kN,兩側(cè)輥對(duì)基座的反作用力為F2=F3=10 563 kN。將F1、F2、F3以均布載荷的形式施加于圖示的三個(gè)面上。對(duì)基座下底面進(jìn)行全約束。

圖3 基座受力分析

1.4 基座的靜力學(xué)分析

由于卷板機(jī)在卷板過程中四個(gè)輥的轉(zhuǎn)速相對(duì)較低,升降油缸對(duì)高機(jī)架基座的正壓力比較穩(wěn)定[4],因此采用靜力學(xué)分析基座在預(yù)彎工況下的應(yīng)力及變形。將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)施加于基座,對(duì)基座底面采取全約束,計(jì)算結(jié)果如圖4所示。由圖4(a)可知，基座的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在板1和板2之間，其值為45.44 MPa,小于材料的屈服強(qiáng)度235 MPa，該處的總變形量為0.28 mm,滿足設(shè)計(jì)要求。

圖4 基座的應(yīng)力、變形云圖

2 基座的改進(jìn)分析及改進(jìn)后基座的靜力學(xué)分析

經(jīng)過對(duì)基座結(jié)構(gòu)在預(yù)彎工況下進(jìn)行靜力學(xué)分析,針對(duì)機(jī)架基座提出如下改進(jìn)方案,由于基座是以立腹板為核心,將其他鋼板焊接于其上而構(gòu)成的空間板殼結(jié)構(gòu),左右對(duì)稱,所以在板1和板2、板3和板4之間分別加一塊相同厚度的板,如圖5所示。在加載方式和改進(jìn)前完全一致的情況下對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析,如圖5所示。從圖6可得出，改進(jìn)后基座的最大應(yīng)力減小為原來的12%，總變形量降低43%。因此，采用以上方案改進(jìn)是合理的。

圖5 改進(jìn)后基座的模型

圖6 改進(jìn)后基座的應(yīng)力、變形云圖

3 結(jié) 論

對(duì)W12LSZG-280×3 000四輥卷板機(jī)基座進(jìn)行分析得出以下結(jié)論：

(1) 對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析得出：基座的最大等效應(yīng)力出現(xiàn)在板1和板2之間，其值為45.44 MPa,小于材料的屈服強(qiáng)度235 MPa，該處的總變形量為0.28 mm,滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) 改進(jìn)后基座的最大應(yīng)力減小為原來的12%，總變形量降低43%。因此，采用以上方案改進(jìn)是合理的。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李 森.四輥卷板機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2012.

[2] 徐兆軍.四輥卷板機(jī)卷制圓筒控制數(shù)學(xué)模型[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013,39(12):62-64.

[3] 孫廷波.特大型四棍卷板機(jī)的研制[D].青島:中國石油大學(xué),2009.

[4] 岳明英.四輥卷板機(jī)卷板過程的分析[D].蘭州:蘭州交通大學(xué),2014.