錢(qián)海寧， 吳樂(lè)文， 王野平

(1.蘇州伍得人造板設(shè)備有限公司，江蘇 蘇州 215100；2.同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海 201804)

翻板檢測(cè)機(jī)是板材貼面行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中重要的設(shè)備，由固定機(jī)架、真空吸盤(pán)架、2個(gè)轉(zhuǎn)支梁、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(2根皮帶)以及電氣控制系統(tǒng)等組成，如圖1所示。根據(jù)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求對(duì)該設(shè)備機(jī)架進(jìn)行理論設(shè)計(jì)校核，合理選擇型材，做到在保證強(qiáng)度的情況下不過(guò)度放大材料的型號(hào)，減少生產(chǎn)成本[1-4]。

1 固定機(jī)架靜力學(xué)分析

1.1 單根皮帶需要的牽引力

皮帶受力分析如圖2所示。

圖2中：m1為配重塊的質(zhì)量(75 kg)；m2為左邊矩形管的質(zhì)量(11 kg)；m3為右邊矩形管質(zhì)量(33.2 kg)；m4為吸盤(pán)架和板材一半質(zhì)量(225 kg)；F為單根皮帶的牽引力(N)。

由平衡條件∑M0=0，得F=2 270 N，根據(jù)節(jié)拍設(shè)計(jì)需要，皮帶最大提升速度為36 m/min，加速時(shí)間為1.5 s，故提升的加速度為0.4 m/s2，方向與F方向相反，故FMAX=3 178 N。

1.2 機(jī)架受力分析

機(jī)架受力分析如圖3所示。

圖1 翻板檢測(cè)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖2 皮帶受力分析簡(jiǎn)圖

其中，F(xiàn)MAX=3 178 N

強(qiáng)度滿足要求。

圖3 機(jī)架受力分析簡(jiǎn)圖

1.3 B點(diǎn)變形量計(jì)算

根鋸胡克定律，AB斜撐和BC立柱變形分別為：

2 機(jī)架立柱矩形管的優(yōu)化與驗(yàn)證

據(jù)以上計(jì)算分析，可以將BC立柱進(jìn)行優(yōu)化，將250×150×8/Q235-A矩形管改為150×75×6/Q235-A矩形管，在滿足力學(xué)性能的基礎(chǔ)上減少材料的用量，降低成本。

2.1 分析前處理

Solid Works軟件的Simulation模塊相對(duì)于專(zhuān)業(yè)有限元分析軟件在模型不復(fù)雜的情況下，具有建模操作簡(jiǎn)單、參數(shù)修改靈活、在設(shè)計(jì)和仿真上可做到無(wú)縫集成等優(yōu)點(diǎn)。立柱與斜撐在接觸面處焊接，在建模時(shí)可將立柱與斜撐視為一體，有限元分析時(shí)將材料設(shè)置為Q235-A，密度為7 850 kg/m3，彈性模量210 GPa，泊松比0.3，屈服強(qiáng)度235 MPa。立柱與斜撐底端施加固定約束，在立柱端面分別施加壓力和切向力。網(wǎng)格大小和公差可由系統(tǒng)基于幾何形狀自動(dòng)計(jì)算[5-7]。

2.2 求解與分析

優(yōu)化前總位移云圖如圖4所示、應(yīng)力云圖如圖5所示。由圖4可知，立柱的最大位移量約為0.22 mm，發(fā)生在安裝電機(jī)位置的等高度處。由圖5可知，斜撐、立柱都發(fā)生了輕微的彎曲變形，由于斜撐受拉，立柱受壓，致使斜撐縱向截面上左端的應(yīng)力大于右端，立柱的左端應(yīng)力小于右端。若用探針量取中性層的值，斜撐應(yīng)力2.23 MPa，立柱應(yīng)力1.39 MPa，與理論分析的結(jié)果十分接近，在力的加載處出現(xiàn)最大應(yīng)力11.4 MPa。

圖4 優(yōu)化前總位移云圖

優(yōu)化后總位移云圖如圖6所示、應(yīng)力云圖如圖7所示。優(yōu)化后立柱的最大位移量約為0.40 mm，滿足翻板機(jī)的精度要求。即使在力的加載處最大應(yīng)力24.5 MPa，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料的屈服強(qiáng)度。優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與精度均滿足使用要求，且立柱材料節(jié)省58.4%。

圖5 優(yōu)化前應(yīng)力云圖

圖6 優(yōu)化后總位移云圖

圖7 優(yōu)化后應(yīng)力云圖

3 減速機(jī)的選擇

根據(jù)FMAX=3 178 N，減速機(jī)由兩根皮帶帶動(dòng)，并根據(jù)實(shí)際驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，減速機(jī)扭矩為480 N·m，結(jié)合轉(zhuǎn)速NA=76 r/min，選擇減速機(jī)型號(hào)為R77DRS112M4，電機(jī)功率為4 kW，轉(zhuǎn)矩為500 N·m，經(jīng)檢測(cè)實(shí)際使用電流符合額定使用電流要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)設(shè)備的主要零部件進(jìn)行了受力分析，合理選擇材料，在保證設(shè)計(jì)合理性的基礎(chǔ)上，降低了生產(chǎn)成本，增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。