大型锻造压机插入式立柱预应力机架分析研究.pdf

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1、文章编号：1672—0121(2012)03—0044—03大型锻造压机插入式立柱预应力机架分析研究王勇勤-。刘志芳，严兴春。韩炳涛。成先飚，张君(1．重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆400030；2．中国重型机械研究院，陕西西安721000)摘要：针对锻造压机常规平接式预应力机架的立柱抗水平载荷能力差和端面接触状况不好等缺点，对一种立柱插入式预应力机架结构展开研究；分别利用解析法和有限元法对两种结构进行了分析，研究了在相同条件下平接式和立柱插入式两种机架的应力状态、变形及端面接触和横梁的接触状况；研究结果对锻造压机及同类预应力机架结构的设计具有一定的参考价值。关键词：

2、机械设计；预应力机架；插入式；立柱；接触状态中图分类号：TG315．5文献标识码：A0前言锻造压机是机械制造业重要的基础制造设备之立柱一。随着大型、特大型锻压机需求量的不断增加，国拉杆内外各科研院所及重机制造厂对各种大型压机开展十字键了研究，如张剑寒等_11研究了400MN航空模锻液压横梁机的机架在各工况下的受力和变形状况；吴生富等圜研究了整机架的工作性能及相关接触面接触状况；严兴春等研究了165MN自由锻造油压机组合梁的图1平接式结构机架动态特性，得出了下横梁的前七阶固有频率和固有振型[；杨甲申等分析了大型锻压机组合梁不同工即上下横梁与立柱(压套)端况下的应力、变形等，提

3、出了组合梁设计的基本依面贴合并以十字键定位。这据；杨固川等嘲改进了800MN模锻压机C形板机架种结构抗偏载能力差，通常结构，分析计算了机架强度、刚度及疲劳寿命等；H．更适合于压机仅承受中心载Ou和R．Douglas研究了机架弹性变形对精密模锻荷或偏载较小的情况。鉴于件精度的影响m。同时，国家在“十一五”期间也投此，对于偏载较大的大型和入了大量资源，重点支撑一批锻压机的技术攻关研超大型压机目前越来越多地究嗍。陆杨[9l提出了一种可实现自动控制的新型自动开始使用一种新型的立柱插锻压机挡料机构。入式机架结构(图2)，这种机机架是锻造压机的核心部件之一，合理设计机图2立柱(压套)插

4、入式架的立柱(压套)部分插入上预应力机架下横梁。1两种机架的理论模型1．1平接式机架平接式机架主要由上横梁、下横梁、立柱和拉杆等组成。立柱端面与梁体端面平齐，由拉杆螺母施加足够的预紧力组成一个框架。其立柱受力情况可简化为简支梁模型(图3)。假设上下横梁为刚性体，立柱的长度为，J，集中力F水平作用于立柱中间位置，结构尽量保持一致。两种机架大体对称，为简化分析则立柱中间位置有最大弯矩FL／4，对应中间位置的过程，均取1／4模型为研究对象，在模型对称面上施加相应的对称约束。在立柱中心位置0．6mz的面上挠度占=。施加12．5MPa的压强，在上横梁安装油缸法兰的位1．2插入式机架模

5、型置及下横梁工4作台施加41．25MN的作用力(图5)。立柱插入式机架也由上横梁、下横梁、立柱和拉杆等组成。通过拉杆和紧固螺母将上下横梁、立柱压3两种结构计算结果对比分析紧，与平接式的差别是，立柱(压套)部分地插入上下图6(a)、(b)为有限元计算得到的平接式与插横梁，从而形成一个近似的刚性框架，这样立柱可以入式结构机架的立柱z向应力云图(预紧系数为承受较大的水平载荷。这种结构立柱的受力情况可1．15)。由计算结果可知，插入式机架与平接式机架近似简化为两端固定的超静定梁模型(图4)。设上下横梁为刚体且立柱的长度为，集中力F水平作用于立柱中间位置时，立柱上中间点位置最大弯矩为

6、FL／8，对应挠度为6=。yXl，XZZAI＼(a)平接式(b)插入式＼凡’图6立柱Z向正应力阿立柱中间相同位置的z向拉应力分别为33．33MPa和41．45MPa，插人式立柱Z向拉应力相对平接式立’柱降低了19．6％，其z向拉应力相对明显减小。如图7所示，在相同的图3平接式机架模型图4插入式机架模型工况下，6：为两种立柱中间及弯矩图及弯矩图位置横截面的向位移平比较结果可见，相同条件下，插入式立柱比平接均值，6、6，为两端参考截面式立柱结构所受弯矩减小了一半且产生的挠度仅为的向位移平均值，A6、△6后者的1／4。因此，插入式立柱受载状况明显改善。为立柱的相对变形。图8(a)

7、、(b)分别为平接式与插2机架有限元模型的建立入式结构机架的立柱的水通过上述理论分析可以看出，两种机架立柱的平横向变形云图：插入式立受力、变形存在明显差异，其原因是理论分析中对平柱的相对变形／△为接式结构将梁对立柱端面的约束状况视为铰接，而4．34968／4．10591ram，平接式对插入式结构则视图7立柱相对变形示意图立柱的相对变形／A6为为固端约束。为对其进行深入研究，本文运用有限元软件ABAQUS分别对上述两种机架立柱的变形、应力及接触状ZZZ况展开系统深入的Lyy．Ly研究。为使结果具有(a)有限元网格(b