基于ANSYS Workbench的15000kN液压剪板机机体结构设计.pdf

文章 编号 1 6 7 2 01 2 1 2 0 1 4 0 5 0 0 2 6 0 3 基 于 ANS YS W o r k b e n c h的 1 5 0 0 0 k N 液 压 剪 板 机 机 体 结 构 设 计 魏 周 玲 - ，傅波 ， 卫平 z 1 ． 四川大 学 制 造科 学 与工程 学 院 ， 四川 成 都 6 1 0 0 6 5； 2 ． 成都莱 克 冶金机 械设 备制 造 有 限公 司 ， 四川成都6 1 0 0 4 1 摘 要 针对 1 5 0 0 0 k N 工作 压 力 要求 设 计 了液压 式剪 板机 的机 体 结 构 ， 利 用 S o l i d Wo r k s软 件 建 立 了由上 横 梁 、下横 梁和 立柱 构 成 的机 体 模 型 ，通过 ANS YS Wo r k b e n c h软件 的静力 学分 析模 块 建 立 有 限元 分 析模 型 ， 校核 了整个 机体 的强度和 刚度 ， 并 对机体 结 构进 行 了优化 和 改进 ， 使 设计 结构 达 到 了工作 要求 。 关键 词 机 械设 计 ； 液压 剪板机 ； 机 体 结构 ； 有 限元 ； ANS YS Wo r k b e n c h； 结 构 改进 中 图 分 类 号 T G3 3 3 ． 2 1 文 献 标 识 码 A 0引 言 剪 板 机是一 种利 用上 、下 两刀 片 的往 复直 线运 动剪 切 板材 的机械 设 备 ， 隶 属 锻 压 机械 川， 也 是 轧 钢 机械 中重 要 的辅 助设 备 之一 。通过 合 理调 整剪 板 机 刀片 间隙 ， 可对 不 同厚度 的金 属板 材施 加剪 切 力 ， 使 板材 按照 所需 要 的尺寸 断裂 ， 达 到剪切 目的 。 剪板 机 被 广泛 应 用 于航 空 、 船 舶 、 汽 车 、 重 型 机械 、 轻工 、 冶 金 以及钢 结构建 筑等领 域 ， 能够 完成剪 板定 尺 、 切头 、 切 尾 、 切 边 、 切试样 及 切除 钢板 的局部 缺 陷等 工作 [2 1 。 随 着 中 国工 业化 进 程 的 推进 以及科 学技 术 的进 步 ， 机 械制造 业 得到迅 猛 发展 ，使 得钢 板成 形 件和 钢结 构 焊接件 的使用 量骤增 ， 剪板 机的需求 量随 之加大 _3 _ 。 这 就要求剪板 机制造企 业作 出快速 响应 ， 根据 用户 的 不 同性 能要 求 ， 快速 设计 并制 造 出满足 要求 的产 品 。 在 保证 产 品质量 的前 提下 ， 要 缩短 研发 周期 ， 尽 快 将产 品推 入市 场 ，采用 日益 成熟 的计 算 机辅 助设 计 与 制 造 C AD ／ CAM 技 术 成 为 必 然 。 以计 算 机 硬 件 、 软件 为支 撑环境 ， 通 过各 个 功能模 块 实现对 产 品 的构 思 、 二 维绘 图 、 三维 几何设 计 、 有 限元 分析 、 数 控 加 工 、 仿 真模 拟 、 产 品数据 管理 等 。 其 中 ， 以计 算机 强 大 的数字 计算 功 能进行 产 品性 能分析 的计 算 机辅 助 着 重 要 作 用 。 1液压 剪板 机机 体结 构设 计 剪切 机 的种类 很 多 ，根 据传 动方 式 的不 同有机 械式 、 气 动式 和液 压式 。 由于 机械 式和气 动 式 的剪板 机 提供 的剪切 力有 限 ，且要 提 高剪 切力 时机 体 结 构 变 化较 大 ，而液 压式 剪板 机在 机体 结 构尺 寸变 化 不 大 的情 况下 ， 能够 提供 较 大 的剪切 力 ， 所 以本设 计 采 用 液压 式剪 板机 结构 ，工 作所 需 的剪 切力 由液压 缸 推力提 供 。 剪 切 机 的刀片在 安装 时 ，由于上 刀 片相 对下 刀 片 的位 置 的不 同 ， 有 平 刃剪切 、 斜 刃剪 切 和 圆盘式 剪 切三种 型 式 。平 刃 剪切 时 ， 两 个剪 切 刃彼 此平 行 ， 板 料 与 两 刃 口全 长 同 时 接 触 ，剪 切 力 大 ， 剪 切 质 量 较 好 ， 剪切 的板 料 比较 平 直 ， 无 扭 曲变形 ， 通 常用 于在 热 态 下 横 向 剪 切 方 形 及 矩 形 断 面 的钢 坯 ，也 可 用 于 冷 剪型 材 ，将刀 片做 成成 形剪 刃可 剪切 非 矩形 断 面 的钢板 。斜 刃剪 切时 ， 刀 刃与板 料部 分 接触 ， 剪 切 尺 寸 小 于板 料 宽度 ， 所 需 的剪 切 力较 小 ， 但 是 其 剪 切 质 量不 如平 刃剪 切 ， 切 口有扭 曲变 形 。 圆盘式 剪切 机 的 上 下 刀 刃 是 圆 盘 形 的 ，工 作 时 圆 盘 刀 片 以 钢 板 运 动 的速 度做 圆周 运动 ， 形成 一 对无 端点 的 剪刃 ， 一 般 用 于纵 向剪 切 带材 或 板 材 『5 ] 。本 设 计 根 据 1 5 0 0 0 k N 的剪切 力要 求及 各剪 刃 型式 的特性 ， 选 用平 刃剪 切 。 设 计 的液 压式 剪 切 机 机体 结 构 主 要 由上 横 梁 、 上 刀 座 、 上 剪 刃 、 下 剪 刃 、 下 刀 座 、 下 横 梁 、 立 柱 、 螺 母 和油 缸组 成 ， 如 图 1所 示 。工作 时 ， 工作 油缸 推 动下 刀座 上升 ， 使 下剪 刃与 上刀 座上 的剪 刃 配合 ， 共 同切 断 板材 ； 而后 工作 油缸 缩 回， 为 下一 次板 料 剪切 留出