液压摆式剪板机分析与优化

摘要

剪板机是采用合理的刀片间隙，借助运动的上刀片及固定的下刀片，对不同厚度的板料施加剪切力，使板料按规定的尺寸断裂的金属加工设备。目前国内大部分剪板机研制过程还遵循传统的设计方法，凭借设计人员的经验来确定设计参数，并借助经验数据、经验公式、手册和图表来完成剪板机设计，造成剪板机结构设计本身存在较多缺陷和不足。论文以此为背景，以一款QC12Y-4×2500型液压摆式剪板机为对象，研究了基于分析、试验和优化的剪板机数字化和轻量化设计方法。
　　 论文首先介绍剪板机的组成和工作原理，计算了剪板机的力学参数，对床身和上刀架的受力状况进行了分析，为剪板机有限元分析提供数据;再进行液压系统的设计与计算，确定相应的液压元器件。
　　 其次，建立剪板机床身和上刀架三维模型;分别在施加均布载荷和模拟实际剪切过程施加移动载荷两种工况下，对剪板机进行静力学分析;通过对两种结果比较，表明移动载荷工况更加实际反应了板料剪切过程对剪板机的影响。
　　 对床身进行了模态分析，找出了床身前十阶固有频率及相应的振型，比较剪板机的工作频率和固有频率，找出了床身易疲劳破坏的区域。
　　 在分析基础上，对剪板机床身进行了四种不同工况的应力应变试验，通过将试验测试数据与有限元计算数据进行对比分析，验证了有限元方法在剪板机结构设计中应用的可靠性。
　　 论文最后对剪板机床身和上刀架进行了基于制造工艺约束的拓扑优化，得到剪板机在剪切时床身和上刀架上的传力路径以及最佳材料分布，结合之前的静力学分析结果，给出了剪板机的改进结构设计，提高了剪板机的性能。
　　 本文为剪板机的设计引入了一种新的设计方法，通过有限元计算分析，其应力应变明显好于原剪板机，提高了剪板机的机械性能，有效的实现了轻量化，提高了设计效率，可为类似机床产品设计提供参考。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 剪板机的研究现状和发展趋势

1．1．1 剪板机概要

1．1．2 国内外剪板机的研究及发展现状

1．2 课题研究背景、目的和意义

1．2．1 课题来源

1．2．2 课题研究背景

1．2．3 课题的意义

1．3 主要研究内容及结构安排

1．3．1 课题主要研究内容

1．3．2 本文章节安排

第二章 液压摆式剪板机结构原理与参数计算

2．1 液压摆式剪板机

2．1．1 液压摆式剪板机的组成

2．1．2 液压摆式剪板机的工作原理

2．2 液压摆式剪板机的计算参数

2．2．1 剪切力

2．2．2 剪切油缸水平推力、轴承支反力、油缸推力

2．2．3 压料力

2．3 液压摆式剪板机的受力分析

2．4 液压摆式剪板机的液压系统设计

2．4．1 机器的基本参数

2．4．2 确定液压执行元件的形式

2．4．3 拟定液压系统图

2．4．4 分析液压执行元件的主要参数

2．4．5 选择液压元件

2．4．6 液压系统性能验算

2．5 本章小结

第三章 液压摆式剪板机静力学性能分析

3．1 有限元法及其步骤

3．2 液压摆式剪板机床身有限元分析

3．2．1 床身三维实体模型的建立

3．2．2 床身有限元模型的建立

3．2．3 床身载荷施加

3．2．4 床身有限元计算结果分析

3．3 液压摆式剪板机上刀架有限元分析

3．3．1 上刀架三维实体模型的建立

3．3．2 上刀架有限元模型的建立

3．3．3 上刀架载荷施加

3．3．4 上刀架有限元计算结果分析

3．4 本章小结

第四章 液压摆式剪板机床身模态分析

4．1 模态分析理论基础

4．2 床身的模态分析

4．2．1 建立有限元模型

4．2．2 加载和求解

4．2．3 扩展模态

4．2．4 结果分析

4．3 本章小结

第五章 液压摆式剪板机的分析与测试

5．1 电测法原理

5．2 测试方案

5．3 测试步骤

5．3．1 应变片的粘贴

5．3．2 测试过程

5．4 数据整理

5．5 有限元分析

5．6 有限元计算值与测试值对比

5．7 本章小结

第六章 液压摆式剪板机的结构优化

6．1 结构优化的理论基础

6．1．1 变密度法的基本理论

6．1．2 OptiStruct优化算法

6．2 制造工艺约束

6．3 床身的拓扑优化

6．3．1 床身的有限元模型

6．3．2 指定床身优化区域

6．3．3 床身拓扑优化参数设置

6．3．4 结果分析

6．4 上刀架的拓扑优化

6．4．1 上刀架的有限元模型

6．4．2 指定上刀架优化区域

6．4．3 上刀架拓扑优化参数设置

6．4．4 结果分析

6．5 新型剪板机设计

6．5．1 新型剪板机模型的建立

6．5．2 新型剪板机性能分析

6．6 新型剪板机结构设计方法总结

6．7 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 研究总结

7．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与项目