數控卷板機機身結構如何優(yōu)化分析

數控卷板機首先對大型數控船用卷板機卷板過(guò)程中床身的受力情況進(jìn)行了分析;進(jìn)而在保證床身結構力學(xué)特性的前提下,卷板機對床身結構進(jìn)行了簡(jiǎn)化,建立了超大型數控船用卷板機床身的有限元模型;通過(guò)對該有限元模型進(jìn)行計算分析,得到床身的應力和位移結果,并在分析結果的基礎上,以其重量為目標進(jìn)行了結構優(yōu)化,使床身結構更趨合理。 輥筒是卷板機最重要的部件,它所占的質(zhì)量也是最大的,因此,在滿(mǎn)足工作要求的前提下減少輥筒質(zhì)量,能夠有效地降低生產(chǎn)成本。研究采用非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)分析方法,運用ANSYS和對輥筒進(jìn)行數值分析,得到輥筒在卷板過(guò)程中的變形圖,并在優(yōu)化分析模塊對輥筒進(jìn)行結構優(yōu)化,輥筒的總質(zhì)量由原來(lái)的10080 kg減小到優(yōu)化后的8858 kg,同時(shí)輥筒長(cháng)度由原先的2.2 m減小到2.06 m。

          最終結果證明:使用非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)分析方法能夠準確地得到卷板過(guò)程中輥筒的變形,經(jīng)過(guò)Workbench優(yōu)化后的輥筒尺寸和質(zhì)量明顯減小,生產(chǎn)成本更低。 四輥卷板機是靠調整側輥進(jìn)給位移來(lái)卷制不同半徑圓筒,目前設計四輥卷板機結構、數控系統時(shí),都是利用經(jīng)驗來(lái)設計,存在一定盲目性。本文建立起四輥卷板機工作的數學(xué)模型,分析兩種不同條件下側輥進(jìn)給位移與卷曲半徑之間關(guān)系曲線(xiàn)(簡(jiǎn)稱(chēng)工作曲線(xiàn)),兩種工作曲線(xiàn)都是隨著(zhù)卷曲半徑越大時(shí),曲線(xiàn)越陡峭,對側輥進(jìn)給和控制精度要求越高。改變側輥傾斜角時(shí),側輥傾斜角越小,工作曲線(xiàn)越陡峭,改變不同上輥中心到側輥夾角定點(diǎn)距離時(shí),工作曲線(xiàn)隨著(zhù)該值增加左移、趨緩。在實(shí)際生產(chǎn)中可以根據卷曲半徑范圍來(lái)制定工作曲線(xiàn),利用工作曲線(xiàn)來(lái)設計四輥卷板機控制系統。 

數控卷板機的撓度補償方法主要有3種幾何補償、液壓補償和機械補償。其中最為常用的方法是機械補償，即利用固定在上梁上的支承輥，數控卷板機對工作時(shí)的上輥施加一系列的壓力，以抵消工作時(shí)板材作用在上輥上的壓制力，從而來(lái)減小上輥的變形，提高數控卷板機的精度。該方法簡(jiǎn)單實(shí)用，易于操作，本文的研究對象就是使用了這種方法對上輥進(jìn)行撓度補償。機械補償方法在數控卷板機中的應用如圖1所示。由于支承輥是安裝在上梁上的，所以上梁會(huì )有一定的變形，這就需要調整支承輥與上梁之間的距離來(lái)保證每個(gè)支承輥都能起到作用，上梁的變形情況對于撓度補償來(lái)說(shuō)十分重要。數控卷板機是鍛壓機械的一種，主要應用于板材的卷制加工，可以板材在冷態(tài)、溫態(tài)或熱態(tài)下彎卷成母線(xiàn)為直線(xiàn)的單曲率或多曲率的弧形或筒形件。

           目前，數控卷板機已經(jīng)被廣泛應用于航空航天、工程機械、船舶等各種領(lǐng)域，特別是船舶領(lǐng)域。隨著(zhù)我國對航空母艦的重視程度不斷增加，大型、超大型船用數控卷板機的需求量也越來(lái)越大，精度要求也越來(lái)越高，而撓度補償問(wèn)題則是大型、超大型船用數控卷板機的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)難題。借鑒折彎機的撓度補償方法目前，主要是通過(guò)計算機仿真，結合經(jīng)驗來(lái)獲得上梁的變形情況進(jìn)行撓度補償。然而，用于計算機仿真的載荷數據大多是根據經(jīng)驗公式獲得，缺少可靠的理論基礎。通過(guò)經(jīng)驗公式計算出的載荷在實(shí)際應用中往往存在一次補償不到位、調整困難、調整次數過(guò)多的問(wèn)題。目前對于數控卷板機受力的理論研究主要集中于卷制力以及板材的回彈等的理論計算上。