机身有限元力学模型建立由液压模锻锤工作原理可知,锤头在压缩空气及重力作用下快速向下运动,同时机身在联通油压作用下向上运动与之对击,对击瞬时产生巨大的打击力实现对工件的变形。在液压模锻锤打击瞬时的打击力是急剧变化的,为建立机身静力有限元分析的力学模型,可假设作用力恒定。由达朗伯原理知,在对击瞬时(千分之几秒)这一复杂的过程中,机身在打击力和惯性力的作用下处于平衡状态,从而将对击瞬时的动力学问题转化为静力学问题。
由冲量定理得:m2v2-m2v2=Ft(1)其中:m2机身系统质量,包括机身本体、工作缸、气包等;v2、v2分别为打击前后机身系统的速度;v2=v2=0值为0t为打击时间,约为0.005s;F为打击力。因此:F=m2v2-v2t=m2a(2)a惯性加速度。上式即为机身系统在竖直方向上的达朗伯方程。由锤头的运动方程式:d2S2dt2+HS1=B(3)打击瞬时工作缸和气包惯性力:P=m2a(4)m2工作缸和气包质量。工作缸和气包通过六角螺栓连接机身上部,法兰与机身成为一个整体,因此打击瞬时工作缸和气包惯性力可等效为施加在机身法兰上的面载荷。
机身静态有限元分析,有限元分析为有限元模型的网格划分,划分后得37470个单元,40654个节点。为定义了边界条件的有限元模型。可知,机身X方向位移关于YZ平面呈对称分布,Z方向位移关于XY平面对称,机身Y方向位移*大。*大应变发生处位于燕尾槽前后开口处过渡圆角根部,*大应力在下横梁燕尾槽过渡圆角处。应力*大值为111MPa.由建立的几何模型和力学模型得到的有限元分析结果,基本符合生产实践,同时与液压模锻锤的实验测试结果也基本一致。
C83系列结构的对击式模锻锤的机身在上、下横梁与左、右立柱过渡处以及内导轨下端过渡处产生应力集中,尤以下横梁燕尾槽过渡圆角处应力*大,危险点在燕尾槽前后开口处,*大值为111Mpa,小于屈服强度310MPa.简化的几何模型和力学模型基本符合生产实际,几何和力学简化模型的建立为今后的锤类设备的结构分析和设计改造提供了理论基础。传统设计方法设计的对击式液压模锻锤设备满足生产的需要,但存在设计保守,设备结构笨重,材料浪费等问题。改变传统的设计方法,从结构的静态及动态两方面的设计,可以在节约设备材料,优化结构的同时减振降噪,这也是我们今后研究的工作。