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自动立式吊具的动力学仿真及其结构优化
自动立式吊具是冷轧带钢厂用于夹取和输送卷心立式放置的钢卷的重要设
备,其设计水平的高低直接影响工作装置性能的好坏,进而影响整台设备的工作
效率与经济指标。因此对自动立式吊具夹钳的研究具有重要的意义。
本文以某冷轧厂现役45t自动立式吊具作为研究对象,将动力学仿真与有限
元分析相结合对其机构进行分析计算。运用三维实体造型软件PRO/E对吊具
做实体建模,为吊具的动力学仿真提供了基础。
通过动力学仿真软件对自动立式吊具的两种工况——空载和夹取40.9t钢
卷分别进行了仿真分析,得到吊具的薄弱杆件左、右曲杆在不同工况下的受力情
况。通过有限单元分析计算与现场应力检测相结合,验证了吊具动力学仿真
的正确性,也得到了左、右曲杆应力分布状态。
由理论分析可知,导致右曲杆出现疲劳裂纹的主要原因是其曲率半径最大的
过渡圆弧处应力集中严重,且最大主应力已远大于材料的疲劳强度极限。采
用有限元分析中的优化分析模块对右内、外曲杆的结构进行优化,使其最大主应
力分别减小25.8%和23.9%,远低于材料的疲劳强度极限。
将优化后的右内、外曲杆重新建模,然后反馈到吊具的虚拟模型之中,并对其
进行仿真,发现改进的杆件并未与其它杆件发生干涉,吊具能够顺利进行工作,表
明优化结果可以用于实际吊具。本文为设计人员提供了一种新的思路,将动
力学仿真分析和有限元分析结合不仅可以有效地解决自动立式吊具的受力分析
和强度计算,而且可以推广应用于各种多杆机构的设计分析。
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