对击式液压模锻锤机身静态有限元分析

摘
要： 通过应用有限元 Ａ Ｓ Ｓ软件对 ２ Ｋ 对击式液压模锻锤机身的应力和应变 ＮＹ ５Ｊ
分析 。 验证 了机身几何模型和力学模型的可靠性， 为设备的进一步结构优化和设计改造提
供 了前 提条 件 。
关键词 ： 对击式液压模锻锤 ； 有限元； 模型
中图分 类号 ：Ｇ １． ３ Ｔ ３５５ 文献 标识 码 ： ｌ Ａ
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第２ 卷 第 １ ７ 期
２０ 年 ２ ０６ 月
太 原
科 技
大 学
学 报
ｖ１ ７ Ｎｌ ｏ ２ ｏ ．
Ｆｂ２０ ｅ ．０６
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ ＡＹ Ａ ＮＶ Ｒ ＩＹ Ｏ ＣＥ Ｃ Ｎ Ｅ Ｈ Ｏ Ｏ Ｙ Ｏ Ｒ Ａ ＦＴ ＩＵ ＮＵ ＩＥ Ｓ ＦＳ ＩＮ Ｅ Ａ ＤＴ Ｃ Ｎ Ｌ Ｇ Ｔ
力油进入 回程缸将锤杆和锤头抬起 ， 同时压缩气缸 中的封闭气体。打击时 ， 在气缸 的压缩气体膨胀及
锤头及锤杆的重力 作用迫使 锤杆和锤头快速 向下 运动 ， 同时回程缸之压力油通过联通管道和控制阀 进入联通缸 ， 使机身上跳与锤头实现对击。
收稿 日期 ：０４１ －２ ２ ０ －２２
通道 ； （ ） 燕 尾 槽 按 ３对
由（ ） （ ） （ ） ２ 、３ 、４ 式及 给定 的基本技术 参数 可 以计算出惯性加速度 口和 Ｐ 。
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。
基金项 目： 山西省青年基金项 目（０ ４０ ７ 。 ２０ １２ ）
作者简介 ： 巨丽（９２ ）女 ， １７ 一 ， 讲师， 研究方向为锻压设备研究与控制。
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ｌ ２
太
原
科
技
大
学
学
报
２ｏ ｏ６年
由冲量定 理 得 ：
ｍ ２一ｍ２２＝ Ｆ ２ ｔ （） １
面积相等原则进行 了 简化处理；
（ ） 机 身 两侧 ４对
４ 机 身静 态有 限元分 析
４ １ 有 限元分 析 ．
与导轨接触处利用拉
伸 特征建 立 了 四个 凸
台以方便对机身施加 图２ 机身几何模型 约束。 Ｆ ・ Ｇｏ ｅ ｙ ｏｅｏｆ ｍ ｉ２ ｅｍｔ ｄ ｒ ｅ ｇ ｒ ｍ ｌｆ ａ 通过 Ｓｌ Ｗｏ 软件 ， ｏｄ ｒ ｉ ｋ 建立 了几何模 型并 转化 为 ＩＥ 文件 ， ＧＳ 导入 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 。如图 ２ 所示。
Ｃ ３系列液压模锻锤是太原科技大 学开发 研 ８
制的一种新型产 品， 中了对击式结构 、 集 插装 阀开 式集成液压系统 和 Ｐ Ｃ控制 系统等 多项 技术。对 Ｃ ３系列液压模锻锤机身结构进行 静态 的有 限元 ８ 分析， 可以较为准确的反映整个机身的应力 、 应变 ，
推荐打击速度 ： ６８ｍ ｓ ＝ － ／
・卜 一 － ｎ ＋ 一・ —一“ ＊ — － 卜 —Ｌ — 卜“ ● ＋ ＋ － ＊－ － 一 ● ＋ ” ＋ ４ ＋ —一－ －・ ＋ 一 一 ＋ ＋ ・
锻锤是一种 冲击成 型设备 ， 身载荷复杂， 机 机 身的强度及刚度 的好坏直接影 响锻件的尺寸精 度 以及模具 、 锤杆 、 活塞 和导轨的寿命 。采用传统 的 材料力学方法对结构简化而进行强度和刚度校核， 难 以反映整个机身的应力 、 应变及 变形 的分 布， 更 不能反映整个机身在动态载荷作用下的应力 、 应变
＋邯 ：Ｂ
（） ３
２ 锻锤机 身几何模型建立
针对机身复杂的几何结构 ， 建模做如下简化 ：
ｍ ｔ
打击瞬时工作缸和气包惯性力 ：
Ｐ ＝ ｍｔ ２ 口 （） ４
２ —— 工作 缸 和气包 质量 。
（） 】 略去了机身上部的连接孑 ； Ｌ
（） ２ 略去了机身下部的顶料缸 的安装孔及进油
其 中： ｍ —— 机身 系统质量 ， 包括机身本体 、 工作 缸、 气包等；
— —
、
分别为打击前后机身系统 的速度 ；
２＝ ２＝０值 为 ０
ｆ —— 为打击时间 ， 约为 ００ ５ ； ．０ ｓ
— —
为打击 力 。因此 ：
Ｆ ：ｍ２ ＝ ， — ＝ ２ ：ｍ口 ， （） ２ ）
文章编号 ： ７ — ０ ７ ２０ ） １ ０ １ — ４ １ ３ ２ ５ （０６ ０ — ０ １ ０ ６
对 击 式 液压 模 锻 锤 机 身 静 态 有 限元 分 析
巨 丽 ，李永 堂 ， 国 良 冀
（．太原科技 大学， １ 太原 ００ ２ ； ３０４ ２ ．河南焦作工学院， 河南 焦作 ４４ ０ ） ５００
２ Ｉ 液压模锻锤 的主机机构如 图 ｌ ５Ｊ （ 所示 。压
同时为对击式液压模锻锤结构 的合理设计和改 造
提供可靠的理论依据。 ‘ 本文对 Ｃ３ ８ 系列的 ２ 对击式液压模锻锤的机 ５ 身建立几何和力学模型， 通过静态有限元分析验证模 型的可靠性， 为进一步的动态设计提供前提依据。
口 —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… ：
图 １ ２ ＫＪ液压模锻锤 结构 示意图 ５
Ｆｉ． ｔｕ ｔ ｅ ｏ ５ Ｊ ｈ ｄ ａ ｌ ａ ｇ １Ｓ ｒ ｃｕｒ ｆ ｋ ｙ ｒ ｕｉ ｈ ｍｍ ｅ ２ ｃ ｒ
ｄｔ
及 变形 的动态 响应 。 ．
１ 对击式液压模锻锤工作原理及结构
２ 液压模锻锤产品主要基本参数如下 ： ５
打 击能 量 ： ２ Ｊ Ｅ＝ ５Ｋ
打击行程 ： ４ ０ｍ Ｓ＝ ５ ｍ 导轨间距 ： ＝ ２ ｍ Ｌ ５０ｍ 砧座上跳量 ：＝ ０１０ｍ ｓ ４ — ｍ ５ 打击次数 ： ＝ ０次／ｍ ｎ ｎ ６ ｉ 推荐充气压力 ： ０６１ Ｐ ｐ＝ ．－Ｍ ａ 推荐膨胀 比： Ｗ ＝ ．５ ．５ Ａ ０２ － ３ ０