5000t双柱式液压机有限元分析

2018-03-07胡健房庆龙赵玲莉居久根

科技资讯 2018年28期

胡健房庆龙赵玲莉居久根

摘要：液压机通过流体中介进行传动，已经成为机械设备领域应用最为广泛的大型设备之一，对于提升机械产品的性能具有不可替代的重要意义。双柱式液压机在重型机械加工以及机械设备中具有重要的应用。能够对金属材料进行拉伸、冷挤等多个工艺流程操作。同时对校正、压装等产品加工过程也至关重要。本文简要说明了机身三维模型的建立、材料定义及网络划分，阐述了边界条件和栽花的施加，最后对机身靓图学进行分析。

关键词：5000t双柱式液压机三维模型分析

中图分类号：TG31 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）10（a）-0003-02

对公司所生产的5000t双柱式液压机采用有限元分析法，对机身模型的力学特性、材料特性以及传动特性等性能进行分析对于提升设备的性能、优化参数的设计具有重要的理论以及实践应用价值。通过有限元分析，液压设备的传动性能以及力学特性都得到了显著提升，促进设备性能的提升，对产品有重要影响。

1 机身三维模型的建立

从结构上看，机身主要分成四大件（上横梁、立柱、下横梁、主缸），如图1所示。上横梁和立柱采用卡键连接，下横梁和立柱采用台阶定位，上横梁和下横梁通过两立柱连接成封闭的双柱结构。上横梁和主缸缸口部分做成一体，这样提高了上横梁的强度和刚度，保证超压机在满载工况下的精度和稳定性。

为减少布尔运算及网格划分难度，机身结构模型需进行简化，简化后的主要力学性能不发生改变，简化内容如下。

（1）忽略一些小孔、倒角及凸台的影响。

（2）避免出现较小的面、线，降低网格划分难度。

（3）机身结构左右对称，且工作载荷也对称，为减少计算量，可选择1/2结构模型进行有限元分析。

（4）分析过程中，去掉模具。

采用三维绘图软件SolidWorks对机身进行三维建模，然后导入到ABAQUS中，这样大大提高了建模的速度。

2 材料定义及网格划分

网格划分是模型建立的一个重要环节，计算精度一般会随着网格数量的增加而有所提高，但计算时间会有所增加。

划分网格时，在四面体与扫掠型划分之间自动切换，对于实体SOLID划分，在四面体与六面体单元之间切换。机身主要由横梁、底座两种材料组成，采用的是Q345B钢，Q345B的弹性模量E=211GPa，泊松比μ=0.270，密度ρ=7800kg/m3，屈服极限σ≤345MPa；连接部件，如立柱、半圆键采用42CRMO钢，弹性模量E=209GPa，泊松比μ=0.269，ρ=7890kg/m3，屈服极限σ≤930MPa。划分单元以后结点数为298474，单元数为127320。

3 边界条件和载荷的施加

通过超压机的特点及工况，对有限元模型进行边界约束和施加工作载荷。边界约束必须遵循以下原则。

（1）必须有足够的约束，用以保证刚度矩阵非奇异性，从而得到位移的唯一解。

（2）不能够设定多余的约束，多余的约束会使分析对象产生实际上不存在的约束力，从而使计算结果与实际情况差别很大。

上横梁受力情况比较复杂，为了最大程度地接近实际工况，实际的载荷是通过油缸传递到横梁的，所以通过在上油缸底部施加2000t压力，作为上横梁的受力载荷。下横梁受力比较简单，在下横梁上表面施加一个2000t向下的均布载荷。

施加边界约束和工作载荷后的有限元模型如图2所示。

4 机身静力学分析

4.1 机身静力学分析

机身在最大工作载荷下，中截面即危险截面的最大应力在39MPa一下，满足要求。远远小于屈服极限345。

由此可见机身在最大工作载荷下，横梁中截面最下端的最大变形在1.1～1.2mm以下，满足要求。而底座的中截面最上端的最大变形在0.5～0.7mm以下，满足要求。

4.2 上横梁静力学分析

上横梁的最大应力发生在横梁前后两侧的焊接加强板的焊缝处，最大为87MPa，低于合金焊条的许用极限120MPa。