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1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 1 1 1 - 0 0 0 9 - 0 2 Th e Fi n i t e El e me n t An a l y s i s o f S t e e l - W i r e - W o u n d Hy d r a u l i c Pr e s s o n Pr e -Ti g ht e ni ng W U Di ，DE NG Hu a，Z HOU Z h i - p i n g，CHEN Mi n G u a n g d o n g M a c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ，G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 5 ，C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d o n f i n i t e e l e me n t me t h o d，i n t h e e v e n t o f c o n t a c t b e t we e n s t e e l wi r e a n d f r a me ， s t r u c t u r e o f s t e e l wi r e wo u n d a u t o ma t i c h y d r a u l i c p r e s s i s a n a l y z e d t o o b t a i n t h e s t r e s s a n d d i s p l a c e me n t o n wo r k i n g a n d p r e - t i g h t e n i n g c o n d i t i o n． Th e r e s u l t c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r d e s i g n． Ke y wo r d s c o n t a c t b e t we e n wi r e a n d f r a me；f i n i t e e l e me n t me t h o d；h y d r a u l i c pr e s s 1前 言 液压压砖机是集机 、电、油 和 自动控制为一 体 的高科技设备 ，该设备 主要 由主机 、液 压站 、 控制 台等部件构成 n ] 。其 中主机包括机架 、主液 压缸 、推料液压缸 、底板液 压缸 、配套模框及模 具 、压头等。工作时张力 主要 由机架承受 ，因此 机架设计的好坏直接关 系着液压机 的工作能力和 寿命 。传统压砖机耗能大 ，效率低 ，应力集 中现 象严重 ．创新改进结构已经势在必行 瞳 ] 。 本 文通过建立 Y L系列压砖机 的三维几何模 型 ．应用 H y p e r me s h软件进行 网格划分 ，参数设 置及力的加载 ．应用 AN S Y S软件对压砖机机体及 钢丝层进行接触分析 ，从 而得出预紧状态及工作 状态下压砖机各部分的应力 情况 ，为评价机架设 计的优劣提供理论参考 。 2预应 力理论 预应力结构是 由预紧件 钢丝层 和被预紧 件 机架 组成 。在承载前 ，对结构施加某种载 荷 ，使其特定部位产生预紧力 ，与工作载荷异号 ， 可 以抵消大部分或全部工作应力 ，从而大大提高 结构的承载能力 。 在本 研究 中 ，设 预应 力钢 丝缠 绕机 架 的钢 丝强 度极 限为 or ，安 全 系数 为 ，许用 应力 为 [ or] or b ／ n ，预紧系数定义为 r ／ P 1 ． 2 1 其 中， 一预紧力 ； 工作载荷。 钢丝层上应力为 叼 1 ． 2 0 - 2 O m a x c ， 1 c l1 ． 5 0 - 3 其 中 ，C为拉 压刚度 比，参 考文献[ 3 ]得 知 ，最危 险状 况下 ，c 0 ． 3 。 3有限元分析 为了使模型分析与实际情况更加接近 ，本研 究使用 了五个接触对 ，立柱与上下横梁 间以及钢 丝层与机架之间都是接触连接 。另外拉杆及套筒 间加载 了预应力 。本研 究中共有 2 O层钢丝缠绕 ， 仿真中接触过多，将其简化为一层 ，厚度不变。 由于整个模 型对称 ，为节约资源 ，因此取二分之 一 模型作为分析对象 。 粤港关键领域重点突破项 目 编号 2 0 0 8 A 0 1 1 6 0 0 0 0 1 收 稿 日 期 。 一 。 一 。 。[ I I 业 信息化 3 ． 1模型 建 立于 网格 划分 机架接触分析采用 s o l i d 1 8 5单元进行 网格划 分 ，其中立柱 、横梁 、上下托板及拉杆套筒采用 四面体单元 ，钢丝层采用六面体单元 ．共有节点 1 7 5 7 5个 ，单元数为 5 8 0 0 8 。 3 。 2参数设置及条件加载 该机架模型的上下横梁为平顶 ，根据缠绕理 论可 以得知钢丝层上最大应力为 1 4 0 0 0 k N，最小 应力为 1 2 0 0 0 k N．将其均匀加载到上下 四个圆弧 图 1 模型及网格划分 上 。对机架底部进 行全约束 ．各接触 间 摩 擦 系 数 为 0 ． 1 5 ．此 为 预 紧 状 态 。工作时 ．上下 托 板 载 荷 分 别 为 1 0 0 0 0 k N。 由于 接 触 对 较多 ．分 析 不 易收敛 ，故所需计 算时间较长。 3 ． 3计算结果分析 3 ． 3 ． 1 预 紧状 态 机 架 及 钢 丝层 变 形 情 况 如 图 2所 示 ，可 以看 出 最 大 变 形 位 置 在 底 部 钢 丝 层 处 ， 位 移 是 0 ． 4 4 m m机架 的最大变形在上横梁位置，位移大 约是 0 ． 2 5 mm 应力分析结果如图 3所示。最大应力位置在 钢丝层与下横梁接触的圆弧上 ，最大 v o n Mi s e s 应 力 为 2 3 8 ． 2 MP a 0 图 2 预紧状 态下位移云图 图 3 预紧状态下应力云图 3 - 3 ． 2工作状态 在工作 状态下 ．机架及钢丝层变形情况如图 4所示 。可以看出最大变形位置在底部钢丝层处 ， 位移是 0 ． 4 5 ra m机架的最大变形仍然位于上横梁 和托板位置．但位移大约是 0 ． 1 5 m m。 应力分析结果如图 5所示。最大应力位置在 钢丝层与下横梁接触的圆弧上 ，最大 v o n Mi s e s应 力为 1 7 7 ． 7 MP a 口 图 4 _T作状态下位移云图 图 5 工作状态下应 力云 图 在预紧及工作状态下 的应力结果均在屈服极 限内，在工作状态下 ，压砖机位移 和应力都小于 预紧状态。 由表 1的对 比中可 以看 出，在工作状 态时 ， 机架的位移量相对预紧状态要小的多，而钢丝层的 最大变形量是基本相 同的。这是因为在接触状态 下 ，平顶的压砖机使得钢丝层 圆弧位置 的应力增 大。因此 ，在工作中需注意该处的钢丝应力情况。 表 1 位移应力对比 4结论 本文采用有限元方法 ，利用 H y p e r me s h和 A N ． S YS 软件对压砖机进行了应力分析并获得如下结论 1 由强度分析可知 ，该压砖机在两种工况 下所受 的最大应力均小于屈服极 限．故此在实际 应用 中不会发生结构损坏 2 该机架结构设计合理 ，经分析证实 ，应 力值低于原全半圆梁结构 ； 3 该机架的最大应力值远远小于屈服极 限， 还有很大 的优化设计空间，可考虑减少材料 ，降 低成本。 参考文献 [ 1 ] 肖任 贤，韩 文，许志华． 缠绕型全 自动液压压砖机 的有 限元接触分析 [ J ]． 中国陶瓷工业，2 0 0 2 5 1 - 5 ． [ 2 ]杜业威 ，杜群 贵 ，黄晓 东，等． 钢 丝缠绕型 液压压砖 机 的有限元疲 劳分析 [ J ]． 机 床与液压 ，2 0 0 5 1 1 89 -91 ． [ 3 ]颜永年 ，王守志 ，俞新 陆 ，等． 预 应力钢 丝缠绕机 架 的疲劳强度研究 [ J ]． 重型机械，1 9 8 5 0 2 3 1 4 ． 第一作者简 介吴迪 ，女 ，1 9 8 3年生 ，吉林 长春人 ，硕 士。研究领域 流体机械。已发表论文 2篇。 编辑 阮毅
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