滑轨电视轨道用铝型材设计及特性分析

邵丹 祁云冲 董贺

【摘要】滑轨电视作为多媒体展厅搭建的主体设施，其所使用的直轨道和弧形轨道也多采用铝型材制作而成。但由于传统矩形截面铝型材的质量较轻，且滑轨电视轨道需要保证长期负载移动，极易导致铝型材出现变形甚至畸形的问题。为了保障滑轨电视轨道的可靠性，同时能够有效发挥出铝型材的优势，本文設计了一种适用于滑轨电视滑轨工况环境的异型截面铝型材，并对这种异型铝型材的弯曲成形特性进行了分析。本文首先对国内铝型材进行的一些研究进行了介绍，其次对滑轨电视轨道用异型铝型材的弯曲试验以及有限元数值模拟进行了探讨，最后对截面畸变规律进行了研究，验证了滑轨电视轨道用铝型材的可靠性。

【关键词】滑轨电视；轨道；金属型材成形；有限元分析

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.059

Design and Characteristic Analysis of Aluminum Profile for Slide Rail TV Track

SHAO Dan， QI Yunchong， DONG He

（Shenyang Xiuzhan Technology Co.，Ltd.， Shenyang 110000， China）

Abstract： As the main facility for building multimedia exhibition halls， slide track televisions often use straight and curved tracks made of aluminum profiles. However， due to the light weight of traditional rectangular cross-section aluminum profiles and the need to ensure long-term load movement of the slide TV track， it is easy to cause deformation or even deformities of the aluminum profiles. In order to ensure the reliability of the slide TV track and effectively utilize the advantages of aluminum profiles， this paper designs a specialshaped aluminum profile suitable for the working environment of the slide TV track， and analyzes the bending forming characteristics of this special-shaped aluminum profile. Firstly， some research on domestic aluminum profiles was introduced. Secondly， bending tests and finite element numerical simulations of special-shaped aluminum profiles for slide track television tracks were discussed. Finally， the regularity of section distortion was studied to verify the reliability of aluminum profiles for slide track television tracks.

Key words： slide-way TV； track； metal profile forming； finite element analysis

如今，铝合金型材制造技术已成为生产与制造行业的重要核心技术，通过挤压成型解决了生产与制造领域对各种形状截面的需求，凭借质量轻、强度大、可属性良好、价格便宜等优点，使在民用制造领域对该技术十分依赖。但由于传统矩形截面铝型材存在变形弯曲现象的存在，严重影响型材的质量和可靠性。

1现阶段我国对铝型材所进行的研究

由于铝型材应用的范围越加广泛，现阶段我国对此种材料的研究主要集中在矩形截面铝型材的材料拉弯上，另外，还有很多学者对矩形截面铝型材的截面畸变、力度大小进行了探讨，并对其弯曲成形展开了与之相对应的模拟实验。还SolidWorks、UG和ANSYS等有限元分析软件对铝型材的截面变形程度展开了调查研究，还有学者致力于研究引起截面畸变的原因，但是截至目前，我国的学者对矩形截面铝型材弯曲成形的变化规律还未展开更为深入的研究。

2滑轨电视轨道用铝型材设计

所设计的滑轨电视轨道用异型铝型材是结合滑轨电视轨道的特点，在3060铝型材基础上改造而来，材料为6082T6，材料屈服强度147.05 MPa，抗拉强度233.6 MPa，断后延伸率8.9%，材料应力应变曲线如图1所示。与传统矩形截面铝型材相比更能够适应滑轨的工况环境，异型铝型材截面图和三维视图如图2所示。

3滑轨电视轨道用铝型材拉弯建模分析

根据铝型材在轨道中受力部位分析，可将其简化为简支梁或连续梁。同时从受力分析中得知梁承受三种外力，即剪力、拉力、弯矩。结合轨道特点，本文主要对截面弯矩作用产生的正应力和位移进行受力分析。

通过三维建模软件对此次研究的异型截面铝型材进行有限元建模，之后通过压力试验对长度为1 m的异型铝型材进行了分析，实验条件为：两端固定，中间压力5 MPa，受力面积10×6 mm。通过压力实验，可以得出此种异型截面铝型材的应力以及位移分布情况，如图3和图4所示。

可以看出，所设计的异型截面铝型材弯曲后最大应力集中为10 MPa左右，形变位移最大值为0.35 mm。为了能更加准确地对滑轨电视轨道用铝合金型材弯曲的变化特征进行了解和研究，将其与传统3060矩形截面铝型材有限元模型进行了相同的受力分析，并将两者的性能指标平均值进行了对比，如表1所示，可以得出异型截面较传统矩形截面铝型材相比性能提高20%左右。

4截面畸变规律

铝型材截面高度和宽度都会对型材的弯曲成型产生十分重要的影响，为了能够更加有效的验证异型界面铝型材的可靠性，在实际的研究工作中采用了实验和有限元有机结合的方法，将其安装在滑轨电视轨道上如图5所示。

根据不同程度的下压量进行了研究和分析，可以得出铝合金型材上面塌陷率、下面上凹率会随着弯曲程度的增大而增大，得到不同形状型材的畸变量。结果表明下面上凹率和侧面外凸率都随着弯曲程度的增大而增大，可以得出结论，铝型材高度的增加能够增加铝型材的性能。

5结论

综上所述，笔者针对滑轨电视用轨道的特点，设计了一种适用于滑轨电视滑轨工况环境的异型截面铝型材，通过压力试验以及有限元数值模拟对这种异型铝型材的弯曲成形特性进行了分析，最后对截面畸变规律进行了研究，验证了滑轨电视轨道用铝型材的可靠性。

【参考文献】

[1]谷诤巍，吕萌萌，卢睿，等.铝型材弯曲成形截面畸变缺陷控制方法研究[J].汽车工艺与材料，2012（5）：72-74.

[2]刘裕中，谢国文，利晓林.铝型材拉弯仿真建模研究[J].模具工业，2019，45（11）：6-8，20.

[3]刘郁丽，杨合，崔姗姗，等.薄壁矩形管弯曲过程截面畸变的三维有限元分析[J].塑性工程学报，2007（3）：72-75.

[4]白梅杉，陆彬，崔振山.矩形截面铝型材弯曲成形特性分析[J].塑性工程學报，2013，20（3）：55-59.

【作者简介】

邵丹，男，1979年出生，工程师，研究方向为机械控制。

祁云冲，女，1988年出生，工程师，研究方向为机械控制。

董贺，女，1987年出生，工程师，研究方向为机械控制。

（编辑：谢飞燕）