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收排线机机架强度有限元分析与优化

发布于:2020-11-02 18:05
有限元分析

       XSP800 收排线机是悬挂龙门式结构,用在 TLJ300 连续挤压生产线上。 XSP800收排线机主要技术参数:收线直径:5mm-40mm,适用盘具:PND型800、1000、1250,收线速度:5-68m/min,主电机功率5.5KW,承载能力2T,设备自重1.5T。XSP800收排线机主体结构采用上下双梁行走方式,双提升臂提升缆盘,左右各倒T字结构支撑横梁,包括顶盘松盘机构、升降机构、收线机构、排线机构及电气控制系统。 收排线机结构构架,如图所示。收排线过程中,线盘整体左右横向移动,线缆在水平方向不产生弯曲,实现对中收排,放线。
简化模型,对收排线机机架结构,横梁与立柱通过螺母连接,建模时把其看作是刚性固连。在ANSYS App里面建立收排线机架几何有限元分析模型,如图所示。
       机架的材料为 Q235,特性参数取:弹性模量 2.06×e5MPa,泊松比0.30。选取三维实体结构单元SOLID45 来划分网格。SOLID45单元由8个节点结合而成,每个节点有x,y,z3个方向的自由度。该单元具有塑性,蠕变,膨胀,应力强化,大变形和大应变的特征。划分网格后节点数136991个,单元数为412451个。
       完成建模后,进行加载、约束、定义分析类型、载荷选项等步骤,然后开始求解计算。计算完成后,进入后处理模块,把计算得到的应力、应变等结果,以云图的方式显示出来。
       收排线机机架主要受力来自于升降机构的自重载荷,以及由重力载荷引起的扭矩。升降机构通过10个滚轮与机架上下横梁连接,左右两个升降臂各5个滚轮与机架连接,如图所示。
       对一个升降臂分析,下横梁共3个滚轮与升降臂连接,其中一个滚轮竖直放置,是主要的受力部件,承受竖直方向力F1的作用,另外两个滚轮水平放置,它们之间有导向轨,主要起导向作用,受到水平力F3的作用,上横梁有两个水平放置的滚轮,也起导向作用,受到水平力F2的作用。根据理论力学中力的平衡原理,可以求出水平力和竖直力的大小。
       机架结构的受力以面载荷形式加载,用上述升降臂分析得到的力,除以滚轮与机架上下横梁表面接触的面积,就得到相应的载荷值,而载荷的方向与升降臂受力方向相反。计算得到机架上横梁受面载荷 1.318MPa,为水平压力。机架下横梁上表面与滚轮接触位置受面载荷10.99MPa,为竖直压力。机架下横梁下表面与滚轮接触位置受面载荷1.318MPa,为水平压力。在ANSYSApp中,选取机架受力部位的节点,对节点施加相应的面载荷。收排线机机架底部是用四个地脚螺栓与地面固定,选择机架模型与地面接触的两个面上的节点,对这些节点施加全约束。施加约束和载荷后的模型。
       根据收排线机结构特点与载荷特点,选择三个典型的工况对机架结构进行有限元结构强度分析,满载线盘分别位于行程的跨度中部,最左边和最右边。
       为保证整个结构的安全性,机架应有足够的强度和刚度。在强度方面,用最大等效应力来评价。机架材料为 Q235,其屈服极限σb =235MPa,选取安全系数n =1.5,则许用应力值[σ]= σb /n=156.7MPa。在刚度方面,参照2003年的《中华人民共和国国家标准-构设计规范》,规范中规定了受弯构件的挠度容许值 [ν]=1/500,其中l为两支撑点的最小距离2640mm。所以,[ν]=1/500=2640/500mm=5.28mm。利用对机架结构的三种载荷工况计算结果分析、比较,结果如表。
       由上表可以看出,三种工况下的最大应力96.671MPa小于[σ],满足强度要求。最大合位移5.258mm 小于容许挠度值[ν]=5.28mm,满足刚度要求,所以机架结构设计是合理的。跨中位置的位移和应力云图,如图所示。



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