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Tragwerksplanung und Finite-Elemente-Analyse des Arbeitszylinders einer großen Schmiedepresse

Anzahl Durchsuchen:23     Autor:Site Editor     veröffentlichen Zeit: 2018-10-23      Herkunft:Powered erkundigen

  1. Einleitung

  Der Arbeitszylinder ist ein wichtiger Aktuator der hydraulischen Maschine. Es wandelt die Druckenergie der Flüssigkeit in mechanische Energie um. Es ist unterteilt in Kolbentyp, Kolbentyp, Schwenktyp und Teleskoptyp gemäßStrukturtyp. Der Arbeitszylinder der 200MN-Schmiedehydraulikpresse verwendet einen Kolbentyp, der eine einfache Struktur aufweist und leicht herzustellen ist. Dies ist eine Bauform, die üblicherweise in großen hydraulischen Maschinen verwendet wird. Das traditionelleDie Konstruktionstheorie der hydraulischen Presse ist die Hauptgrundlage für die konstruktive Gestaltung des Arbeitszylinders.

  ABAQUS beherrscht die Lösung komplexer Probleme und hat eine weltweit führende Finite-Elemente-Analysesoftware entwickelt. Es ist weit verbreitet in Maschinen-, Militär-, Chemie-, Automobil- und anderen industriellen Bereichen eingesetzt. Verwenden von ABAQUS zum numerischenWenn Sie den Hydraulikzylinder simulieren, können Sie die Spannungsverteilung des Arbeitszylinders genau bestimmen und die Rationalität des konstruktiven Aufbaus analysieren.

  2. Konstruktiver Aufbau des Arbeitszylinders

  Um Energie zu sparen, insbesondere um den Stromverbrauch zu senken, verwendet die 200MN-Schmiedepresse sechs Arbeitszylinder in drei Reihen. Die 6 Arbeitszylinder können gleichzeitig 200 MN Druck erzeugen und die 4 kleinenArbeitszylinder auf beiden Seiten können 80 MN Druck erzeugen, und die mittleren 2 großen Arbeitszylinder können 120 MN Druck erzeugen. Die Arbeitszylinder mit unterschiedlichen Bewegungen können drei Druckstufen und unterschiedliche Druckstufen erzeugenSchmiedestücke können hergestellt werden, um das entsprechende Druckniveau auszuwählen, was die Kosten erheblich einspart. Die Struktur des Körpers und das Layout des Arbeitszylinders sind in Abbildung 1 und Abbildung 2 dargestellt.

Tragwerksplanung (2)

Tragwerksentwurf (3)

  Um die Lebensdauer des Arbeitszylinders zu verbessern, verwendet die Konstruktion direkt den Bolzen, um den Zylinderblock am oberen Träger zu befestigen, d. H. Die untere Stütze wird verwendet. Dies verbessert nicht nur die Steifigkeit und Festigkeit des oberen Balkens.reduziert aber auch die Zylinderwandbelastung des Arbeitszylinders.

  Die Einzelkugelgelenkverbindung ist für den Schieber und die vier kleinen Zylinderkolben an der Seite geeignet, und die Doppelkugelgelenkverbindung ist die beste Verbindungsmethode für den Schieber und die beiden mittleren Hauptzylinderkolben.wie in Bild 3a gezeigt, b.

Tragwerksentwurf (4)

  Wenn der Arbeitsdruck des Arbeitszylinders höher als 20 MPa ist, ist das Schmieden von Kohlenstoffstahl der Hauptproduktionsmodus des Arbeitszylinders. Der Arbeitszylinder der 200MN Schmiedepresse arbeitet unter dem hohen Druck von31.5MPa und die Struktur ist groß, es ist schwierig, sich integral zu formen. Daher wird es durch Schweißen von Stahl geschmiedet, normalisiert und angelassen und die Streckgrenze beträgt 240 MPa.

  Der Kolben bewegt sich im Zylinder hin und her und hat einen großen Einfluss auf den Verschleiß der Führungshülse und der Dichtung, so dass die Kolbenoberfläche eine ausreichende Härte und eine gute Oberflächengüte aufweisen muss. Um diese Anforderung zu erfüllen, muss der Kolbenwird im Allgemeinen aus kohlenstoffgeschmiedetem Stahl mit hohem Kohlenstoffgehalt hergestellt und nach der Bearbeitung einer Oberflächenverfestigungsbehandlung unterzogen. Der hydraulische Maschinenkolben ist aus 45 Stahl geschmiedet.

  Der nominale Arbeitsdruck des Zwischenarbeitszylinders beträgt 120MN und die Konstruktionsberechnung seiner Strukturparameter lautet wie folgt:

  Entsprechend dem nominalen Gesamtdruck F (N), den der Hydraulikzylinder erzeugen soll, und dem ausgewählten Flüssigkeitsarbeitsdruck P (MPa) wird der Kolbendurchmesser D durch die folgende Formel bestimmt:

Tragwerksentwurf (5)

  Aus Formel (1) wird D = 1557,7 mm berechnet, und nach dem Runden wird D = 1560 mm genommen und der Innendurchmesser D1 des Hydraulikzylinders wird mit dem Kolben verbunden.

  Sie hängt mit dem Spalt Δt der Innenwand des Zylinders zusammen, und es ist bevorzugt, 15 mm gemäß der Erfahrung von Δt zu nehmen.

Tragwerksentwurf (6)

  Gemäß der obigen Formel (2) wird der Innendurchmesser D1 des Hydraulikzylinders mit 1590 mm bestimmt. Gemäß der empirischen Formel beträgt der Außendurchmesser des Hydraulikzylinders D2:

Tragwerksentwurf (7)

  [σ] Nehmen Sie 120 MPa gemäß der obigen Formel (2) und stellen Sie fest, dass der Außendurchmesser D2 des Hydraulikzylinders 2153 mm beträgt, und gemäß der Formel:

Tragwerksentwurf (8)

  r1 ——— Zylinderinnenradius (mm)

  r2 ——— Außenradius des Hydraulikzylinders (mm)

  Berechnet durch Gleichung (4), r2 ≥ 1076,5 mm, nimm D2 = 2 * r2 = 2250 mm.

Zylinderbodendicke: t = (1,5 ~ 2) * (r2-r1) (5)

  Der Nenndruck der vier Arbeitszylinder an der Seite beträgt 80 MPa. In ähnlicher Weise können die Strukturparameter des Seitenarbeitszylinders vorläufig wie folgt erhalten werden:

  Kolbendurchmesser D = 900 mm, Δt = 10 mm, Innendurchmesser D1 des Hydraulikzylinders = 920 mm, Außendurchmesser D2 = 1360 mm, Dicke des Zylinderbodens t = 300 mm.

  3. Numerische Simulation und Ergebnisanalyse des Arbeitszylinders

  Derzeit verwenden die meisten Hydraulikzylinder den empirischen Algorithmus der elastischen Mechanik. Entsprechend den grundlegenden Konstruktionsparametern werden die grundlegenden Konstruktionsparameter anhand relevanter Daten und dann der Stärke bestimmtDie Prüfung wird gemäß dem vereinfachten mechanischen Modell durchgeführt. Aufgrund des komplexen Aufbaus des Hydraulikzylinders ist es jedoch schwierig, genaue mechanische und mathematische Modelle zu erstellen, insbesondere in Bezug auf die BelastungKonzentrationszone. Unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode zur Berechnung des Hydraulikzylinders kann die Spannungsverteilung des Hydraulikzylinders genau bestimmt werden, und dann wird die strukturelle Konstruktionsrationalität analysiert. Der hauptAbmessungen des Arbeitszylinders sind in Abbildung 4 dargestellt.

Tragwerksentwurf (9)

3.1 Festlegung eines Finite-Elemente-Modells

  3.1.1 Strukturmodell und Aufteilung der Einheiten

  Um die Berechnung des Arbeitszylinders näher an den tatsächlichen Arbeitszustand zu bringen, werden die sechs Arbeitszylinder dem oberen Balken entsprechend den tatsächlichen Bedingungen montiert. Bedenkt man, dass die Verformung desDer untere Balken hat wenig Auswirkungen auf den Arbeitszylinder, das Säulenmodell wird auf die halbe Höhe unterbrochen.

  Der Arbeitszylinder-Gittertyp wird als tetraedrische Einheit C3D4 ausgewählt, und die Details der Zylinderbodenverrundung, des Öleinlasses und des Gewindelochs sind ineinandergreifen und unterteilt. Die vier Seitenzylinder sind in 940.000 unterteiltEinheiten und die Mitte 2 Die Hauptzylinder sind in 1,2 Millionen Einheiten unterteilt.

  3.1.2 Randbedingungen

  (1) Ein gleichmäßiger Druck von 31,5 MPa wird an die Innenwandfläche des Arbeitszylinders angelegt, und der Flüssigkeitsdruck wird unter der Innenwand des Arbeitszylinders verteilt.

  (2) Der Reibungskoeffizient & mgr; wird auf 0,1 eingestellt und der Kontakttyp wird als standardmäßiger Oberflächenoberflächenkontakt ausgewählt.

  (3) Stellen Sie die Materialeigenschaften des Arbeitszylinders ein: Das Poisson-Verhältnis λ beträgt 0,3 und der Elastizitätsmodul E beträgt 206.000 MPa.

  (4) Der obere Balkenblockhebel ist vorgespannt: ø200mm (10 Stück), die einzelne Vorspannkraft ist auf 4000 kN eingestellt und der Vorspannmodus nimmt die Bolzenlast an.

  (5) Vorspannen der Säulenstange: Die Vorspannkraft sollte moderat sein, und die Vorspannkraft zerstört die Spurstange; Im Gegenteil, der Kontaktteil des Balkens und die Säule werden aufgrund derAnziehkraft ist zu klein. Die Gesamtvorspannung wird mit dem 1,4-fachen des Nenndrucks angenommen, 280MN ist besser geeignet. Unter ihnen ist die einzelne Vorspannung von 10 400 mm Deichsel auf 17500 kN eingestellt; die einzige Vorspannung von 12 ø320mm Deichselist auf 11200 kN eingestellt; Die Vorspannungsmethode verwendet Bolzenlast.

(6) Die Randbedingung des durchgezogenen Abschnitts wird auf den mittleren Abschnitt der Säule angewendet.

  Das numerische Modell ist in Abbildung 5 dargestellt:

Tragwerksentwurf (10)

  3.2 Simulationsergebnisse und Analyse

  Nach der Berechnung des numerischen Modells des Arbeitszylinders wird die äquivalente Spannungswolke des Arbeitszylinders beobachtet und analysiert.

  3.2.1 Simulationsergebnisse und Analyse des Hauptarbeitszylinders

  Der Hauptarbeitszylinder ist aufgeschnitten, um die innere und äußere Spannungsverteilung des Arbeitszylinders zu beobachten. Das äquivalente Spannungswolkendiagramm des mittleren Hauptarbeitszylinders ist in Abbildung 6 dargestellt:

Tragwerksentwurf (11)

  Die Analyse der äquivalenten Spannungsverteilungswolke des Hauptarbeitszylinders zeigt die folgenden Ergebnisse:

  (1) Der Durchschnittswert der äquivalenten Spannungsverteilung in der Nähe der inneren Einfüllöffnung des Arbeitszylinders ist zwischen 105 und 120 MPa am höchsten. Der höchste Punkt der äquivalenten Belastung beträgt 119 MP, und die Position befindet sich auf derInnenwand des Arbeitszylinders nahe dem unteren Teil des Flüssigkeitsfüllstutzens.

(2) Der äquivalente Spannungswert der Innenwand des dickwandigen zylindrischen Teils des Arbeitszylinders ist relativ hoch und die äquivalente Spannungsverteilung ist zwischen 95 und 115 MPa relativ gleichmäßig.

  (3) Der äquivalente Spannungswert am Boden des Arbeitszylinders ist mit 68 bis 85 MPa relativ niedrig.

  (4) Die Außenwand des dickwandigen zylindrischen Teils des Arbeitszylinders weist den niedrigsten Spannungswert auf, und der maximale Spannungswert beträgt nur 60 MP.

  Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass die maximale äquivalente Spannung des Hauptarbeitszylinders in der Nähe des Flüssigkeitsfüllstutzens der Innenwand auftritt, der Wert 119 MP ist und der Stahl des Arbeitszylindermaterials 35 eine Ausbeute aufweistFestigkeit von 240 MPa nach der Wärmebehandlung, und der Sicherheitsfaktor ist größer als 2. Es kann weiterhin nachgewiesen werden, dass die Stärke des Hauptarbeitszylinders den Konstruktionsanforderungen entspricht.

  3.2.2 Simulationsergebnisse der seitlichen Arbeitszylinder

  Bild 7 zeigt die äquivalente Spannungswolke des Seitenzylinders.

Tragwerksentwurf (12)

  Die Analyse der äquivalenten Spannungsverteilungswolke des seitlichen Arbeitszylinders wird durchgeführt und die folgenden Ergebnisse werden erhalten:

  (1) Die maximale äquivalente Spannung wird in der Nähe der Flüssigkeitsfüllöffnung erzeugt und ihr äquivalenter Spannungswert beträgt 129,5 MPa.

  (2) Die äquivalente Spannungsverteilung des dickwandigen zylindrischen Teils der Innenwand des Zylinders ist relativ gleichmäßig und der äquivalente Spannungswert ist höher und der äquivalente Spannungswert beträgt 85 bis 110 MPa.

  (3) Die Innenwand des Seitenarbeitszylinders und die Außenfläche des Zylinders weisen eine gleichmäßige Spannungsverteilung auf, und die Äquivalenzspannung ist niedrig und der Äquivalenzspannungswert liegt meist unter 75 MPa.

  Das Material des Seitenarbeitszylinders besteht aus 35 Stahl. Nach der Wärmebehandlung beträgt die Streckgrenze 240 MPa. Die numerischen Berechnungsergebnisse zeigen, dass die maximale äquivalente Belastung des seitlichen Arbeitszylinders 130 MPa beträgt, und die SicherheitFaktor wird mit 1,85 berechnet. Daher erfüllt die Stärke des Seitenarbeitszylinders die Konstruktionsanforderungen.

  4. Fazit

  In dieser Arbeit wird die traditionelle Designtheorie der hydraulischen Presse verwendet, um den Arbeitszylinder der 200 MN-Schmiedehydraulikpresse durch Formelberechnung zu berechnen. Anschließend wird die Finite-Elemente-Analysesoftware ABAQUS zur Modellierung der verwendetArbeitszylinderbaugruppe in drei Dimensionen und wird für die Berechnung der statischen Finite-Elemente-Simulation verwendet. Durch die Analyse der äquivalenten Beanspruchung der Arbeitszylinder-Simulationsergebnisse ergibt sich die Stärke der ArbeitsleistungDer Zylinder erfüllt die Konstruktionsanforderungen, was weiter beweist, dass das Berechnungsergebnis der herkömmlichen Formel in der Konstruktionsspezifikation des Arbeitszylinders für Hydraulikzylinder korrekt und durchführbar ist.

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