钢管静水压试验机拉力梁的对比研究.pdfVIP

维普资讯 · 46· 焊管 ．第30卷第3期 ．2007年5月 ●工 艺与 设 备 钢管静水压试验机拉力梁的对 比研究 丁 锋 (西安重型机械研究所 西安重型技术公司，西安710032) 摘 要：分别对钢管静水压试验机圆柱形拉力梁和矩形拉力梁进行了有限元受力分析，针对 分析结果讨论了矩形拉力梁水压机和圆柱拉力梁水压机的特点及优缺点，提 出了两种拉力梁 的选用原则。该研究对水压机的设计和改造具有一定的参考价值。 关键词：水压机；拉力梁；矩形梁；圆柱梁；有限元分析 中图分类号：TG315．4 文献标志码：A 文章编号：1001—3938(2007)03—0046—03 钢管静水压试验机 (以下简称水压机)有多 下面以某厂2000t水压机为例进行圆柱形 种结构形式，由于螺旋缝焊管直径比较大，一般采 拉力梁有限元受力分析，使用 COSMOS有限元分 用由4根拉力梁和2个端部机架组成的框形拉杆 析软件。拉力梁结构参数如下：拉杆直径 300 结构，拉力梁按其截面形状不同可分为圆柱形拉 mill，螺纹为 $320×12锯齿形(3。，30。)螺纹；拉杆 力梁和矩形拉力梁两种。由于拉力梁在工作中要 圆柱端固定，给拉杆螺纹施加约 7×10 N的拉 承受全部的水压试验拉力，随着拉力的变化不断 力。有限元模型见图1。 被拉伸然后复原，在交变的重载荷作用下容易产 生疲劳破坏。设计水压机时选用圆柱形拉力梁或 矩形拉力梁，不仅要考虑拉力梁的强度，而且要保 证梁的稳定性 ，同时还要便于端部移动机架的定 F X1 位、设备的安装和控制设备的配置。综上所述，有 必要从力学分析和机械结构的合理性两方面对圆 柱形拉力梁和矩形拉力梁进行深人地分析。 图1 圆柱形拉力梁拉杆有限元分析模型 l 圆柱形拉力梁及矩形拉力梁的有限元 为了方便分析，将拉杆分为螺纹段和圆柱段 受力分析与比较 两部分。从螺纹段横向剖面应力图(图2)可以看 出，剖面应力分布可划分为三个区域：第一个区域 1．1 圆柱形拉力梁的有限元分析 在圆截面的最外部(对应螺纹及附近位置)，为高 圆柱形拉力梁为圆柱形拉杆结构。由于水压 应力区；第二个区域从第一区域内向中心延展约 机要适应不同定尺长度钢管的水压试验要求，拉 1／3拉杆半径，为次应力区；第三区域为第二区域 力梁的长度比较长(一般约20m)，被分为若干段 内部的中心区域，为低应力区。次应力区的应力 拉杆，两段拉杆之间用螺纹联接套 (在拉杆两端 值为高应力的1／4—1／2，而低应力区的应力值仅 分别加工外螺纹，联接套两端分别加工左右旋内 为高应力的1／9—1／6。从螺纹段纵向剖面应力 螺纹)装配而成。水压机工作时，4根拉力梁承受 图(图3)可以明显看到，上述高应力区对应着螺 工作拉力。由于4根拉力梁结构一致，可选择分 纹的受力区域，而螺纹的应力主要集中在齿根区 析 1根梁。又因为拉力梁由多段拉杆和联接套组 域。拉杆的圆柱段单纯受拉力，应力比较均匀。 成，在设计上联接套的强度大于拉杆的强度，所以 1．2 矩形拉力梁的有限元分析 只需选取一段拉杆做有限元分析。 矩形拉力梁的横截面为矩形，在矩形梁的长 维普资讯 第30卷第3期