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收排線機機架強度有限元分析與優化

發布于:2020-11-02 18:05
有限元分析

       XSP800 收排線機是懸掛龍門式結構,用在 TLJ300 連續擠壓生產線上。 XSP800收排線機主要技術參數:收線直徑:5mm-40mm,適用盤具:PND型800、1000、1250,收線速度:5-68m/min,主電機功率5.5KW,承載能力2T,設備自重1.5T。XSP800收排線機主體結構采用上下雙梁行走方式,雙提升臂提升纜盤,左右各倒T字結構支撐橫梁,包括頂盤松盤機構、升降機構、收線機構、排線機構及電氣控制系統。 收排線機結構構架,如圖所示。收排線過程中,線盤整體左右橫向移動,線纜在水平方向不產生彎曲,實現對中收排,放線。
簡化模型,對收排線機機架結構,橫梁與立柱通過螺母連接,建模時把其看作是剛性固連。在ANSYS 軟件里面建立收排線機架幾何有限元分析模型,如圖所示。
       機架的材料為 Q235,特性參數。簭椥阅A 2.06×e5MPa,泊松比0.30。選取三維實體結構單元SOLID45 來劃分網格。SOLID45單元由8個節點結合而成,每個節點有x,y,z3個方向的自由度。該單元具有塑性,蠕變,膨脹,應力強化,大變形和大應變的特征。劃分網格后節點數136991個,單元數為412451個。
       完成建模后,進行加載、約束、定義分析類型、載荷選項等步驟,然后開始求解計算。計算完成后,進入后處理模塊,把計算得到的應力、應變等結果,以云圖的方式顯示出來。
       收排線機機架主要受力來自于升降機構的自重載荷,以及由重力載荷引起的扭矩。升降機構通過10個滾輪與機架上下橫梁連接,左右兩個升降臂各5個滾輪與機架連接,如圖所示。
       對一個升降臂分析,下橫梁共3個滾輪與升降臂連接,其中一個滾輪豎直放置,是主要的受力部件,承受豎直方向力F1的作用,另外兩個滾輪水平放置,它們之間有導向軌,主要起導向作用,受到水平力F3的作用,上橫梁有兩個水平放置的滾輪,也起導向作用,受到水平力F2的作用。根據理論力學中力的平衡原理,可以求出水平力和豎直力的大小。
       機架結構的受力以面載荷形式加載,用上述升降臂分析得到的力,除以滾輪與機架上下橫梁表面接觸的面積,就得到相應的載荷值,而載荷的方向與升降臂受力方向相反。計算得到機架上橫梁受面載荷 1.318MPa,為水平壓力。機架下橫梁上表面與滾輪接觸位置受面載荷10.99MPa,為豎直壓力。機架下橫梁下表面與滾輪接觸位置受面載荷1.318MPa,為水平壓力。在ANSYS軟件中,選取機架受力部位的節點,對節點施加相應的面載荷。收排線機機架底部是用四個地腳螺栓與地面固定,選擇機架模型與地面接觸的兩個面上的節點,對這些節點施加全約束。施加約束和載荷后的模型。
       根據收排線機結構特點與載荷特點,選擇三個典型的工況對機架結構進行有限元結構強度分析,滿載線盤分別位于行程的跨度中部,最左邊和最右邊。
       為保證整個結構的安全性,機架應有足夠的強度和剛度。在強度方面,用最大等效應力來評價。機架材料為 Q235,其屈服極限σb =235MPa,選取安全系數n =1.5,則許用應力值[σ]= σb /n=156.7MPa。在剛度方面,參照2003年的《中華人民共和國國家標準-構設計規范》,規范中規定了受彎構件的撓度容許值 [ν]=1/500,其中l為兩支撐點的最小距離2640mm。所以,[ν]=1/500=2640/500mm=5.28mm。利用對機架結構的三種載荷工況計算結果分析、比較,結果如表。
       由上表可以看出,三種工況下的最大應力96.671MPa小于[σ],滿足強度要求。最大合位移5.258mm 小于容許撓度值[ν]=5.28mm,滿足剛度要求,所以機架結構設計是合理的?缰形恢玫奈灰坪蛻υ茍D,如圖所示。



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