大型油压机预应力立柱结构设计及分析

摘要

锻造是机械制造业的基础工艺之一，自由锻压机是液压机用于锻造行业的锻压设备，主要用于锻件的自由锻造加工。近年来，国内外在电力、造船工业、重型机械制造业，航空航天工业和国防科技等行业中对大型自由锻件的需求日益增大，大锻件的质量和生产能力是衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。因此，常把大型自由锻造液压机的规格和装备水平作为一个国家大型装备制造能力及经济与国防实力的重要标志。
　　 本文基于大型液压机的机架本体部分展开研究，主要研究采用三梁、两柱、上传动、预应力框架式结构，使主机的整体性、抗弯性、稳固性达到最佳。液压机采用定量泵和比例变量泵多泵组合控制系统设计，分时启动油泵，使输出流量近似于正弦曲线，从而能够使压机在平稳的情况下高效运转。本文主要做了以下几方面的工作：
　　 (1).分析讨论油压机机架各部分受力情况和功率问题，测算整个系统的功率回收，使流量参数近似于正弦曲线，使油压机平稳高效运转，为下面的工作提供基础。
　　 (2).从动力学角度进行设计和分析油压机预应力立柱。
　　 (3).利用Pro/Engineer建模建立油压机简化机架的三维实体模型。
　　 (4).利用机械系统动力学仿真分析软件ADAMS对油压机的运动进行仿真，得出其位移、速度、加速度相对于时间的变化曲线，确定立柱的危险工况。
　　 (5).利用ANSYS对油压机两个工况下的静强度、疲劳强度、应力场分布及变形状况进行分析，计算静强度和疲劳强度安全系数。
　　 (6).利用MATLAB数学建模和仿真，对采用定量泵和比例变量泵多泵组合控制系统设计的动态性能做出分析，确定了分时启动油泵的优化时间，使输出流量近似于正弦曲线。
　　 最后对于本文进行总结和展望。分析了在研究过程中的不足以及以后还有待解决的问题。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的研究意义

1.3 国内外研究现状综述

1.3.1 锻造液压机的发展

1.3.2 虚拟样机技术发展状况

1.3.3 有限元技术的发展与应用

1.4 本课题工作

第2章 液压机本体结构设计及技术分析

2.1 液压机本体结构

2.2 预应力机架设计

2.2.1 预紧力、预紧系数的确定

2.2.2 拉杆及半机架立柱截面尺寸的初步确定（计算法）

2.2.3 机架的强度、刚度计算

2.2.4 预应力机架几方面分析

2.3 本章小结

第3章 液压机预应力立柱的动态仿真分析

3.1 ADAMS软件及其理论

3.1.1 ADAMS软件介绍

3.1.2 ADAMS的应用

3.2 ADAMS分析及其计算方法

3.2.1 广义坐标选择

3.2.2 运动学方程的建立

3.2.3 动力学方程的建立

3.3 模型建立及其求解

3.3.1 压机机架三维实体模型的建立

3.3.2 仿真模型的建立

3.3.3 模型求解

3.3.4 工况分析

3.4 本章小结

第4章 预应力立柱的强度分析

4.1 有限元基本理论

4.2 应用ANSYS软件简介

4.3 立柱有限元静力分析

4.3.1 对静力分析进行预处理

4.3.2 有限元静力计算及结果分析

4.4 本章小结

第5章 多泵组合控制系统优化设计

5.1 引言

5.2 锻造液压机工作特性

5.3 多泵组合控制系统原理及建模分析

5.3.1 泵控液压系统原理

5.3.2 泵控系统建模和仿真分析

5.3.3 泵控系统优化结果分析

5.4 本章小结

总结和展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文