تحليل العناصر المحدودة وتحسين إطار آلة الانحناء

1. تمهيد

الإطار هو المكون الرئيسي لملف آلة الانحناء.تؤثر صلابة الإطار بشكل مباشر على أداء السلامة ودقة الانحناء للآلة.كانت كيفية تحقيق التوازن بين الجودة والتكلفة دائمًا اتجاه مصمم.آلة الثني سلسلة A هي نموذج قدمته الشركة وروجت للتكنولوجيا المتقدمة من الخارج في أوائل الثمانينيات.سلسلة آلات الثني بسيطة وعملية ولها معدل فشل منخفض.هم محبوب للغاية من قبل المستخدمين وكانت دائمًا منتجات الشركة الساخنة.نظرًا لتصميم الجهاز قبل الثمانينيات ، كان يقتصر على نظام التصميم وبرامج الكمبيوتر ومستوى الأجهزة في ذلك الوقت.في ذلك الوقت ، التصميم كان يعتمد أساسًا على طريقة ميكانيكا المواد التقليدية.للأجزاء الهيكلية الملحومة على نطاق واسع من إطار آلة الثني.لا يمكن حساب نقطة تركيز الإجهاد بدقة وتقريبية غالبًا ما يتم استخدام طريقة الفرضية ، وتكون نتيجة الحساب تقريبية للغاية.من أجل التأمين ، غالبًا ما يضيف المصممون قيم خبرة اصطناعية ، مما يزيد من عامل الأمان ، مما ينتج عنه معدات مرهقة للغاية ، والتي يستهلك المواد ويزيد من صعوبة الإنتاج.

2. الهيكل الرئيسي وكائن البحث لأداة الآلة

2.1 هيكل الآلة

آلة ثني السلسلة A هي هيكل النقل العلوي ، كما هو موضح في الشكل 1. تتكون بشكل أساسي من الأجزاء التالية:

الشكل 1 —— آلة ثني متسلسلة

الرف: ملحوم بصفيحة فولاذية سميكة ، تتكون أساسًا من عارضة علوية وألواح جانبية يمنى ويسرى وعوارض سفلية ، وتستخدم لتثبيت المكونات المختلفة مثل أسطوانة الزيت ، وقضيب التوجيه والقالب السفلي.

المنزلق: الهيكل الكلي للصفائح الفولاذية السميكة متصل بأسطوانة الزيت وقضيب التوجيه ، والطرف السفلي مثبت بالقالب العلوي ، وتدفع أسطوانة العمل الحركة الترددية العلوية والسفلية لإكمالها ثني الورقة.

الأسطوانة: توفر قوة الانحناء المطلوبة لثني الورقة وتدفع المنزلق للتحرك لأعلى ولأسفل.

شريط التوازن: تأكد من أن شريط التمرير يعمل بشكل متزامن إلى اليسار واليمين.

Slideway: مثبت على الإطار للحد من حركة المنزلق.

2.2 كائن البحث

سلسلة A من آلات الثني التي تنتجها الشركة حاليًا لها مواصفات مختلفة.تختار هذه الورقة آلة الانحناء الأكثر مبيعًا وتمثيلها مقاس A3.1m × 1000kN للبحث والتحليل.كائن البحث هو هيكل مع معظم المواد.الشكل 2 عبارة عن مخطط نمذجة ثلاثي الأبعاد لإطار آلة الانحناء من السلسلة A.يتم لحامها بواسطة صفيحة فولاذية سميكة وتنقسم إلى ثلاثة أجزاء: العارضة العلوية والجانب الأيسر والأيمن اللوحات والعارضة السفلية.العارضة العلوية عبارة عن هيكل مزدوج اللوح لتركيب محرك الأقراص.اسطوانة الزيتالعارضة السفلية عبارة عن هيكل كامل من ألواح الصلب السميكة لاستقبال قوة الحمل للقالب السفلي ؛يتم استخدام اللوحة الجانبية لتوصيل العارضة العلوية والحزمة السفلية ، ويتم تزويد الصفيحة الجانبية بحلق على شكل حرف C لغرض التغذية.

الشكل 2 —— نموذج الرف ثلاثي الأبعاد

3. إنشاء نموذج العنصر المحدود

هيكل آلة الثني ملحوم.إذا تم استخدام هيكل اللحام أثناء النمذجة ، فيجب مراعاة عوامل مثل نوع اللحام بين الألواح الفولاذية ، مما سيزيد بشكل كبير من تعقيد الحساب عملية.من أجل تسهيل توليد الشبكة والتحكم فيها ، فإن النموذج مضمون.تتشابه الخصائص الهندسية والميكانيكية مع الوضع الحقيقي ، ويتم إجراء التبسيط التالي:

(1) إنشاء نموذج لجزء واحد لطراز الرف ؛

(2) من أجل الاقتراب من حالة اللحام الفعلية ، يتم شطف جميع اللحامات ؛

(3) التخلص من الهياكل الدقيقة مثل ثقوب المعالجة والثقوب الملولبة والأضلاع التي لها تأثير أقل على القوة والصلابة.

3.1 الخواص الميكانيكية للمواد

جميع الرفوف ملحومة بصفيحة فولاذية Q235.المعلمات الميكانيكية للوحة الصلب Q235 هي كما يلي:

معامل المرونة E = 210GPa ؛

نسبة بواسون μ = 0.28 ؛

الكثافة ρ = 7.8 × كجم / م 3 ؛

قوة الغلة σs = 235MPa ؛

الإجهاد المسموح به [] = 160 ميجا باسكال.

3.2 تحميل الرف ووصف القيد

تم تغيير حمولة آلة الثني في العمل الفعلي.يزداد ضغط الأسطوانة تدريجياً من القيمة الصفرية ، وينثني الضغط بعد الذروة ، ثم يتم تفريغه.منذ إجراء التحليل الخطي الثابت ، فإن يتم التعامل مع الحمل على أنه حمولة ثابتة.أقصى قوة ثني للعارضة العلوية للإطار عند تعريضها لثلاث أسطوانات هي 1000 كيلو نيوتن ، منها 400 كيلو نيوتن مخصصة للأسطوانات اليمنى واليسرى ، و 200 كيلو نيوتن للأسطوانة الوسطى ، والاتجاه عمودي لأعلى ؛تخضع الحزمة السفلية لنقل المنزلق والقالب السفلي.جميع قوى الانحناء لأسفل ، والاتجاه عمودي لأسفل.

الإطار ثابت على الأرض.على الرغم من أن الإطار مثبت بمسامير التثبيت ، إلا أن مسامير التثبيت تحد فقط من اتجاه ترجمة السطح السفلي ، وليس لها تأثير كبير على دقة التحليل الإنشائي.الجانب السفلي من القدم يحد من قيدها الكامل ، كما هو موضح في الشكل 3.

الشكل 3 - حمل الرف والقيود

3.3 تقسيم الشبكة

يعتبر التشبيك خطوة مهمة للغاية في تحليل العناصر المحدودة.ترتبط جودة الشبكة ارتباطًا مباشرًا بدقة نتائج حساب العنصر المحدد ، وحتى النتيجة غير صالحة.وظيفة العناصر المحدودة لملف يستخدم برنامج SolidWords لتقسيم الشبكة والنموذج.مقسمًا إلى 30170 وحدة ، يظهر نموذج العنصر المحدد للإطار في الشكل 4.

الشكل 4 - شبكة الرف

4. تحليل نتائج الحساب

من خلال حساب وتحليل برنامج SolidWords ، يتم الحصول على مخطط سحابة الضغط والإزاحة في الاتجاه Y للإطار ، كما هو موضح في الشكل 5 والشكل 6. وتظهر النتائج أن أقصى تشوه في Y الاتجاه عند التحميل الكامل للإطار 2.43 مم في الجزء العلوي من الحزمة العلوية.في العمل الفعلي ، يكون إزاحة الحزمة العلوية ضمن نطاق التشوه المرن للمادة ، مما يؤثر قليلاً على دقة الماكينة ، لذلك لا يتم إيلاء الكثير من الاهتمام لقيمة الإزاحة.

الشكل 5 - خريطة سحابة إزاحة اتجاه Y

الشكل 6 - سحابة إجهاد الرف

الحد الأقصى للضغط للإطار هو 169 ميجا باسكال في الزاوية الدائرية للحلق على شكل حرف C للوحة الجانبية ، والذي يتجاوز الضغط المسموح به للوحة الفولاذية Q235 لمادة الإطار بمقدار 160 ميجا باسكال.في العمل الفعلي ، يكون الجزء التالف فقط هنا ، مرئي مبكرًا.هناك نقص في التصميم.

5. تحسين التصميم

استجابة لأوجه القصور في التصميم الأصلي ، تم تحسين التصميم الأصلي.

وفقًا لمخطط سحابة إجهاد الإطار في الشكل 6 ، يظهر أقصى إجهاد للإطار في الركن السفلي من الحلق على شكل حرف C للوحة الجانبية.كما يتضح من خصائص التصميم الأصلي (الشكل 7) ، فإن حلق على شكل حرف C للوحة الجانبية للإطار.نصف قطر الحشو السفلي هو R120 ، والشريحة العلوية هي R200.وفقًا للتجربة الفعلية ، لا يؤثر تغيير تغيير الشرائح إلى الشريحة العلوية على الاستخدام العادي للمطبعة الفرامل.بعد التحسين ، أقصى ضغط للإطار هو 149 ميجا باسكال من خلال تحليل البرنامج ، والتأثير واضح.يمكن ملاحظة أنه مع تحسين طفيف ، ينخفض ​​الحد الأقصى من الضغط للإطار على الفور إلى الداخل نطاق الضغط المسموح به للمادة.

الشكل 7 —— ميزة التصميم الأصلي

من أجل متابعة العيوب ، استمر في إجراء بحث متعمق حول التصميم الأصلي.اعتبر المصمم الأصلي أيضًا أن الحلق على شكل حرف C للوحة الجانبية للحامل هو أضعف جزء في الإطار.من أجل للأمان ، أضاف المصمم مقويًا إلى حلق اللوحة الجانبية لتقليل الحلق على شكل حرف C إلى حد معين.خطر تشقق الفم.ومع ذلك ، من وجهة نظر ميكانيكا المواد ، فإن زيادة تقوية الأضلاع لا تعطي أقصى قيمة استخدام للمادة.حاول التخلص من أضلاع التسليح على أساس تحسين الزوايا الدائرية ثم حسابها وتحليلها ، والحد الأقصى لضغط الإطار هو 155 ميجا باسكال. لا يزال الحد الأقصى للإزاحة في الاتجاه Y في الزاوية السفلية للحلق على شكل حرف C هو 2.54 مم.على الرغم من إزالة الضغط الأقصى بعد تقوية الضلع ، إلا أنه لا يزال ضمن نطاق الضغط المسموح به لـ مادة.يمكن ملاحظة أنه على الرغم من أن التصميم الأصلي للأضلاع له تأثير معين ، إلا أن التأثير ليس واضحًا ، ولكن يتم إهدار الكثير من المواد الخام وساعات عمل التجميع واللحام ، إلا أنه يمكن اعتبارها ملغية. ومع ذلك ، بالنظر إلى أن هذه السلسلة من النماذج قد تم إنتاجها لأكثر من 30 عامًا ، فإن حجم المبيعات يقارب 10000 وحدة ، وهناك العديد من المستخدمين.إذا تم إلغاء الضلوع الآن ، فسيكون المستخدمون متشككين في قطع الزوايا.ل هذه النهاية ، مزيد من التحسين ، على أساس عدم تغيير وزن الماكينة ، يتم 'زرع ' مادة الضلع الأصلي على اللوحة الجانبية ، وإزالة ضلع التسليح ، وعرض اللوحة الجانبية اتسعت بشكل مناسب.بهذه الطريقة ، يتم الاستفادة القصوى من قيمة الاستخدام القصوى للمادة ، وتزداد قوة وصلابة الماكينة بشكل كبير بشرط أن يكون وزن الماكينة ثابتًا ، و تعني الزيادة في القوة والصلابة تحسين الأداء العام للآلة.

6. الخلاصة

وفقًا لبيانات التصميم المُحسَّنة ، تم إجراء اختبار النموذج الأولي.لقد ثبت أن آلة الثني المحسنة حققت نتائج جيدة.بدون تغيير وزن الآلة ، تكون صلابة الآلة بنسبة 20٪ ، مما يوفر الكثير من وقت التجميع واللحام ، وله قيمة اقتصادية جيدة.يمكن ملاحظة أن تصميم الحوسبة التقليدي أو التجربة يصعب تلبية متطلبات التحسين.المنتهية يمكن استخدام برنامج element لتحسين التصميم بسهولة وإنتاج أفضل المنتجات ذات الجودة بأقل كمية من المواد.