魏曉榮, 王榮光

(1.蘭州交通大學 機電工程學院,甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅忠恒集團有限公司,甘肅 白銀 730913)

0 引 言

卷板機屬于鍛壓機械八大類產品中的彎曲校正機類[1]。其中四輥卷板機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備[2]。其中，基座是卷板機機架的主要承受構件,受力情況復雜,是設計的主要部件之一。為此,利用ANSYS中的Workbench分析軟件對W12LSZG-280×3 000四輥卷板機機架基座進行強度和剛度分析,以確保機架的安全性。

1 W12LSZG-280×3000四輥卷板機機架基座有限元模型的建立

1.1 基座結構分析

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

圖1 四輥卷板機基座

該基座采用Q235B結構鋼焊接構件, 基座材料的性能參數如表1所列。

表1 四輥卷板機基座材料的性能參數

1.2 有限元模型的建立

首先在SolidWorks軟件中建立卷板機基座的三維模型,在建模過程刪除小圓角、倒角等幾何特征。將模型導入ANSYS Workbench進行網格劃分,默認殼體單元類型為SOLID186,網格尺寸為50 mm,該有限元模型共有110 759個單元,199 561個節(jié)點,如圖2所示。

圖2 基座的有限元模型

1.3 載荷的施加

四輥卷板機基座受到下、側輥升降油缸的反作用力分別為F1、F2、F3，如圖3所示,經計算可得,下輥對基座的反作用力F1=18 897.5 kN,兩側輥對基座的反作用力為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面上。對基座下底面進行全約束。

圖3 基座受力分析

1.4 基座的靜力學分析

由于卷板機在卷板過程中四個輥的轉速相對較低,升降油缸對高機架基座的正壓力比較穩(wěn)定[4],因此采用靜力學分析基座在預彎工況下的應力及變形。將計算得到的數據施加于基座,對基座底面采取全約束,計算結果如圖4所示。由圖4(a)可知，基座的最大等效應力出現(xiàn)在板1和板2之間，其值為45.44 MPa,小于材料的屈服強度235 MPa，該處的總變形量為0.28 mm,滿足設計要求。

圖4 基座的應力、變形云圖

2 基座的改進分析及改進后基座的靜力學分析

經過對基座結構在預彎工況下進行靜力學分析,針對機架基座提出如下改進方案,由于基座是以立腹板為核心,將其他鋼板焊接于其上而構成的空間板殼結構,左右對稱,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。在加載方式和改進前完全一致的情況下對其進行靜力學分析,如圖5所示。從圖6可得出，改進后基座的最大應力減小為原來的12%，總變形量降低43%。因此，采用以上方案改進是合理的。

圖5 改進后基座的模型

圖6 改進后基座的應力、變形云圖

3 結 論

對W12LSZG-280×3 000四輥卷板機基座進行分析得出以下結論：

(1) 對其進行靜力學分析得出：基座的最大等效應力出現(xiàn)在板1和板2之間，其值為45.44 MPa,小于材料的屈服強度235 MPa，該處的總變形量為0.28 mm,滿足設計要求。

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

參考文獻：

[1] 李 森.四輥卷板機數控系統(tǒng)的設計與研究[D].南京:南京航空航天大學,2012.

[2] 徐兆軍.四輥卷板機卷制圓筒控制數學模型[J].制造業(yè)自動化,2013,39(12):62-64.

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

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