基于有限元分析的大型锻造操作机钳壳优化设计

文章编号16720121201401004303基于有限元分析的大型锻造操作机钳壳优化设计刘赓，张营杰1北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083；2中国重型机械研究院股份公司金属挤压与锻造装备技术国家重点实验室，陕西西安710032摘要对3000KN7500KNM锻造操作机钳头部分，在额定载荷下进行了有限元建模与仿真。分析了不同工况时钳壳应力分布特点，以此为基础提出了基于钳壳结构和基于钳壳材料的两种优化方案，并对优化后的钳壳进行了有限元分析与校核。结果显示，优化后的钳壳可靠性和经济性均得到了提升。该结果对钳壳的实际设计加工有重要的参考价值。关键词机械设计；锻造操作机；钳壳；有限元；优化设计中图分类号TG31512文献标识码A1前言锻造操作机是自动化锻造作业中不可缺少的重要装备之一，在提高生产效率、保证加工质量等方面发挥着重要作用。钳壳是锻造操作机钳头夹紧机构的核心部件。锻造过程中，在承受所夹持锻件的重力、重力矩和油缸夹紧力的同时，还要进行旋转运动以适应锻造工艺要求；设计时除考虑静强度方面的要求外，还要考虑其疲劳强度。传统上采用材料力学的简化计算与经验设计相结合的设计方法，存在着设计周期长、结构冗余、材料使用保守等弊端。3000KN7500KNM全液压轨道直移式锻造操作机的钳壳部件，不仅结构复杂，而且质量巨大，达到数十吨。对于操作机的优化设计，业内进行了一些研究L，但大多基于操作机机构的运动学和动力学分析。单独针对操作机上钳壳部件的分析还鲜有研究。本文通过有限元模拟，分析钳壳在各种受力条件下的应力分布和受力状况，并据此进行材料选择和结构形式优化，可提高操作机钳壳部件的可靠性和经济性。2操FIE机钳头夹持机构有限元模型的建立考虑到钳壳受力的复杂性及其工作过程没有大基金项目高档数控机床与基础制造装备国家科技重大专项O4专项资助项目2010ZX04013021，2011ZX04016081收稿日期20130724作者简介刘赓1988一，男，博士在读，从事金属压力成形研究的弹性变形，属于结构静力线性受力系统。本文选用INVENTOR软件对钳头夹紧机构整体建模，并应用其自带的应力分析系统对钳头夹持机构进行整体分析，进而得到钳壳的应力分布结构。为保证计算精度，在对各主要面的网格大小进行控制后，获得约271362个节点、170044个元素，钳头和锻件网格划分如图I所示销轴2钳臂图1钳头结构的网络划分根据操作机钳头夹持机构与钳杆的连接情况分析，对钳壳底部法兰进行面约束；选择默认接触为“滑动无摩擦”，理想认为销轴各面均无摩擦且其他各平行接触面均无摩擦；忽略锻件和钳口之间复杂文章编号16720121201401004603变频器对增量编码器的干扰及其抑制吴伟，蒋琴，殷斌，张如俊，袁小磊扬州捷迈锻压机械有限公司，江苏扬州225127摘要本文介绍了变频器对增量编码器的干扰，提出了干扰源的由来，并阐述在系统设计中抑制干扰的具体措施。关键词机械制造；变频器；编码器；干扰；措施中图分类号TM76文献标识码B0引言众所周知，变频器会对周围电气元件产生电磁干扰，特别是大功率的变频器所产生的干扰会更加严重。电气设计人员往往会想到接地处理、动力电缆和控制电缆走线隔离、加装电抗器及电磁屏蔽环等方式抗干扰，但在实际应用中，具体的操作方式大都不明确或细节处理不正确，没有将电磁干扰消除，给后期调试带来诸多隐患。如果变频器的干扰问题解决不好，不但影响增量编码器的正常工作，还可能使整个控制系统不能可靠运行。本文将阐述在实际应用中遇到的几类干扰现象及抑制措施。收稿日期20130829作者简介吴伟1984一，男，工程师，从事锻压机械电气设计与研发1变频器干扰的来源变频器包括整流电路和脉冲电压波形发生电路，输入的交流电经过变流器和平波回路的整流，变换成直流电压，通过逆变器把直流电压变换成不同宽度的脉冲电压称为脉宽调制电压PWM。用这个PWM电压驱动电机，就可以起到调整电机力矩和速度的目的。这种_T作原理会导致种电磁干扰。1谐波干扰。整流电路会产生谐波电流，这种谐波电流在供电系统的阻抗上产生电压降，导致电压波形发生畸变，这种畸变的电压对于许多电子设备形成干扰因为大部分电子设备仅能工作在正弦波电压条件下，常见的电压畸变是正弦波的顶部变平。谐波电流一定时，电压畸变在弱电源的情况下更加严重，这种干扰的特征是会对使用同一个电网的设备形成干扰，而与设备和变频器之间的距离无关。2射频传导发射干扰。由于负载电压为脉冲OPTIMIZEDDESIGNOFTONGSCARRIERFORLARGESCALEFORGINGMANIPULATORBASEDONFINITEELEMENTANALYSISLIUGENG，ZHANGYINGJIE1SCHOOLOFMATERIALSSCIENCEANDENGINEERING，UNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYBEIJING，BEIJING10083，CHINA；2STATEKEYLABORA