关于20mn快锻液压机机架动力学分析

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1、文章编号：1672—0121(2010)04—0022—0320MN快锻液压机机架动力学分析韩玉坤，王立新-，刘宏献2。李军民-(1．安阳工学院机械系，河南安阳455000：2．安阳锻压机械工业有限公司，河南安阳455000)摘要：针对快锻液压机锻打工件瞬时的力学行为，采用显式动力学分析程序LS—DYNA进行模拟仿真，得到液压机机架在打击时的应力、应变分布。与通常分析方法比较，发现把液压机打击过程当作一个非线性、动态的碰撞问题来研究，可以得到机架上的应力、变形均小于静力学分析的结果。因而，在机架设计时，对材料的强度要

2、求有所降低，这为液压机的轻量化设计提供了理论依据。关键词：机械制造；机架；快锻液压机；强度分析；轻量化中图分类号：TG315．4文献标识码：B1引言机架是液压机的主体，液压机的工作过程伴随着巨大的能量聚集、传递和释放。液压机工作时打击过程非常短暂，往往不到一个工作循环的1／10。一般情况下，打击碰撞前的速度可以测出，但是发生碰撞后这一瞬时的受力状态、应力应变分布、能量转换等非常复杂，非线性因素较多，通过实验测出的数据往往不准确，仅能为更改设计提供一个参考，这就给机架的力学分析研究带来很大困难。目前，国内液压机设计和分

3、析多采用线性方法，把机架作为一个弹性体，设计结果误差较大，机器结构设计往往比较保图1快锻液压机结构图守，不能轻量化，造成材料浪费。本文把液压机打击1．机架2．上模3．锻件4．下模5．固定横梁过程当作一个碰撞问题来研究，考虑到各种非线性6．工作缸7．柱塞的因素，从而得到较客观的数据，用以指导液压机的设计，取得良好效果。3机架的工况分析20MN快锻液压机机架总高10m，立柱间距2快锻液压机的主体结构3．2m，在静力学分析当中，只选取机架作为研究对快速锻造液压机通常采用整体框架下拉式结象，对机架上某一部位进行约束，使其不能

4、运动，然构，如图l所示。主机主要包括整体机架1、固定梁后分别对上下横梁加载20MN的力，材料选用线弹5、工作缸6、回程缸以及其他辅助装置。工作缸6紧性材料，便可以得到机架应力、变形的近似解。但在固在固定横梁5上，柱塞7与机架1下部连接。当高动力学分析中，如果只取机架作为研究对象，就得不压液体进入工作缸后，推动柱塞7向下运动，柱塞7到准确结果。因为液压机锻打工件是一个多体动力通过固定在机架上的上模2对锻学系统。实际过程中，机架、固定横梁、工作台及上下模具可作为刚性较大的柔性体来对待，而工件必须作为变形较大的柔性体。本文

5、对这一模型进一步简化，按打击过程中对机身可能产生最大冲击时的情科技攻关项目(157)况来考虑，即把碰撞模型简化为机架和刚性墙。这里7一)，男，硕士，工程师，从事锻压机械CAD／机架是一可变形体，刚性墙不发生变形，其移动和转教学和研究动自由度也全被约束，让机架以一定的速度去撞击刚性墙，相对于锻打工件而言，这时冲击力最大。图于整体特性影响较小的局部特征予以简化。机架O和0O02222刚性墙均采用8节点的六面体单元(Hexahedron8)。6422是本文建立的仿真模型的主视图和左视图，四个角部带圆弧过渡的矩形框架是机架，

6、框架内的长方其中机架部分包含节点32252个，单元26000个；刚体为刚性墙。性墙包含节点1512个，单元1105个，如图2所示。4．3载荷与边界条件4有限元模型(1)机架上横梁的底面距刚性墙的顶面距离设根据上述分析，结合显示动力学分析的条件，按置为0．5ram(这是显式动力学分析的要求)。照动态载荷下机架的受力情况，选取柔性体机架、刚(2)液压机总的行程为1600mm，锻打工件时机性墙作为瞬态动力学分析的研究对象，机架与刚性架必定要下降一定的行程，所以导套对机架立柱的墙接触前(相距约束位置必定上移，故对立柱上部距立

7、柱顶端0．5mm)作为分析的1200mm处立柱最外侧的节点施加水平方向的位移初始时刻，利用软件约束，约束一段的长度为800mm，约束类型为约束HyperMesh—DYNA建spcxz。立有限元模型(图(3)根据实验测得打击时最高速度为0．15mm／2)，并导出用于LS—ms，对机架施加初始速度0．15mm／ms。DYNA求解的K文(4)打击时机架受重力的作用，对机架加载重力件。有限元模型具体g=9．8e一3mm／ms，用loadbody定义。定义如下(分析过程(5)机架下端横梁受油缸活塞的作用力20MN，中采用的单位

8、制：kg、对机架底端下横梁上顶面中心部位0．96m的平面mm、kN、GPa、ms)。图2机架、刚性墙的有限元模型上施加压力P，大小为公称力除以受压面积4．1模型所用材料及本构关系(20000kN19600mm)，采用load～segment和setseg—(1)机架ment来定义o机架采用铸钢ZG270—500，密度7．8e一6kg／mm。，(