帶式輸送機(jī)是重要的散料輸送設(shè)備之一,滾筒是其主要承載部件,承受載荷復(fù)雜。本文首先利用有限元分析軟件ansys對滾筒進(jìn)行靜力學(xué)分析。在靜力學(xué)分析時考慮了脹套裝配預(yù)緊力的作用,利用ansys自身提供的接觸非線性來模擬過脹套與滾筒軸和輻板間的配合關(guān)系,力求滾筒有限元模型能夠真實(shí)、準(zhǔn)確的模擬計算滾筒的真實(shí)受力狀況,保證計算結(jié)果的可靠性。然后在對滾筒分滾筒靜力學(xué)計算的基礎(chǔ)上,基于ansys操作環(huán)境開發(fā)出帶式輸送機(jī)滾筒通用計算模塊。

利用該模塊,設(shè)計人員只需在程序用戶界面上輸入滾筒計算所必需的參數(shù),就可以進(jìn)行滾筒的有限元計算。通過二次開發(fā)的滾筒參數(shù)化程序,簡化了用戶的操作,同時避免了在參數(shù)改變時,重復(fù)的建模過程,即使對于那些不熟悉ansys的技術(shù)人員也可以進(jìn)行滾筒的剛度和強(qiáng)度分析,大大提高了工作效率,具有一定的實(shí)用價值。后將拓?fù)鋬?yōu)化引入滾筒設(shè)計,基于有限元連續(xù)體的拓?fù)鋬?yōu)化的均勻化方法,以結(jié)構(gòu)小應(yīng)變能為目標(biāo),對帶式輸送機(jī)改向滾筒的輻板進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計。然后基于拓?fù)浣Y(jié)果對輻板進(jìn)行尺寸優(yōu)化使材料的分布更為合理,輻板在滿足應(yīng)力和剛度的條件下,質(zhì)量大幅降低。為滾筒零部件初期設(shè)計提供非常重要的指導(dǎo)性作用, ● 宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響, th2506型伸縮臂叉裝車是一款緊湊型伸縮臂叉裝車,它將傳統(tǒng)叉車的裝卸功能與伸縮臂式結(jié)構(gòu)相結(jié)合,可以快速換裝多種作業(yè)屬具,實(shí)現(xiàn)叉、鏟、吊等多種作業(yè)功能,實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的秸稈搬運(yùn)、堆垛環(huán)節(jié)發(fā)揮了重要作用。 本文以th2506型伸縮臂叉裝車伸縮臂為研究對象,應(yīng)用工程力學(xué)知識分析計算了伸縮臂危險截面應(yīng)力狀況,并進(jìn)行了強(qiáng)度校核；采用solidworks數(shù)字化設(shè)計方法實(shí)現(xiàn)伸縮臂結(jié)構(gòu)的參數(shù)化建模,結(jié)合有限元分析方法和solidworks軟件cosmosworks模塊建立了伸縮臂結(jié)構(gòu)的有限元模型,準(zhǔn)確模擬了伸縮臂結(jié)構(gòu)實(shí)際工況,分析了各工況下伸縮臂結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變現(xiàn)象；對伸縮臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了應(yīng)變電測實(shí)驗(yàn),對伸縮臂結(jié)構(gòu)多種工況下的受力情況進(jìn)行分析；并通過理論計算與有限元分析結(jié)果的比較和應(yīng)變電測實(shí)驗(yàn)與有限元分析結(jié)果的比較,驗(yàn)證了伸縮臂結(jié)構(gòu)有限元模型的合理性；在此基礎(chǔ)上使用cosmosworks模塊的優(yōu)化設(shè)計功能對ⅲ級臂矩形截面尺寸進(jìn)行了優(yōu)化；后對伸縮臂進(jìn)行局部穩(wěn)定性分析；本課題在保證伸縮臂結(jié)構(gòu)性、穩(wěn)定性的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了該型伸縮臂叉裝車伸縮臂的輕量化設(shè)計, 工程機(jī)械伸縮臂結(jié)構(gòu)緊湊、工作效率高,廣泛應(yīng)用在起重機(jī)、高空作業(yè)車等工程機(jī)械設(shè)備中。工作中,伸縮臂為直接承載部件通過變幅和伸縮運(yùn)動來實(shí)現(xiàn)對貨物的起吊和搬運(yùn)?，F(xiàn)今伸縮臂多采用由高強(qiáng)度鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu),并在伸縮臂臂體內(nèi)部或者外部安裝伸縮油缸來完成伸縮臂的伸縮運(yùn)動。各節(jié)伸縮臂臂體之間主要依靠臂體與滑塊的接觸作用來傳遞載荷,因此,各節(jié)伸縮臂臂體與滑塊接觸處的應(yīng)力分布比較復(fù)雜且明顯高于其他區(qū)域,接觸區(qū)域應(yīng)力水平?jīng)Q定了伸縮臂的承載能力。為了降低臂體接觸區(qū)域應(yīng)力,提高臂體承載能力,終實(shí)現(xiàn)臂體優(yōu)化設(shè)計,迫切需要對伸縮臂臂體與滑塊接觸區(qū)域應(yīng)力進(jìn)行研究。伸縮臂接觸區(qū)域應(yīng)力計算常用方法為解析法和有限元法。本文針對簡單的六邊形截面形狀伸縮臂,基于疊加原理提出了整體彎曲應(yīng)力疊加局部彎曲應(yīng)力的伸縮臂接觸區(qū)應(yīng)力解析計算數(shù)學(xué)模型。該模型首先計算在額定載荷作用下臂體整體彎曲應(yīng)力,然后將接觸區(qū)的臂體分離出來,建立局部分析模型求解局部彎曲應(yīng)力,后將這兩項(xiàng)應(yīng)力疊在局部應(yīng)力分析模型中,提出了臂體間接觸載荷沿滑塊邊部狹窄區(qū)域分布的假設(shè),該假設(shè)較傳統(tǒng)的臂體間接觸載荷沿滑塊整個表面均勻分布的假設(shè)更符合實(shí)際情況。針對較復(fù)雜的八邊形截面形狀伸縮臂,建立了參數(shù)化有限元模型。采用面面接觸單元來模擬伸縮臂臂體與滑塊之間的接觸關(guān)系,選擇危險工況對伸縮臂進(jìn)行了有限元靜力結(jié)構(gòu)分析,通過與實(shí)驗(yàn)樣機(jī)的應(yīng)力測試結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。為提高伸縮臂整體模型計算效率,同時保證臂體接觸區(qū)域應(yīng)力計算精度,本文開發(fā)了平衡力系邊界條件子模型方法:將從整機(jī)粗網(wǎng)格模型分析結(jié)果提取的平衡力系邊界條件施加到準(zhǔn)確構(gòu)建的子模型來準(zhǔn)確求解局部結(jié)構(gòu)應(yīng)力。當(dāng)由于整體模型簡化,使得局部幾何模型的剛度與真實(shí)結(jié)構(gòu)剛度有顯著差異時,該方法解決了應(yīng)用傳統(tǒng)子模型方法將從整機(jī)模擬結(jié)果得到的位移插值邊界條件直接施加到重新構(gòu)建的準(zhǔn)確子模型的邊界來求解導(dǎo)致子模型邊界應(yīng)力與整機(jī)模型中的應(yīng)力相差甚遠(yuǎn)的問題。該方法也為大型機(jī)械的局部結(jié)構(gòu)分析提供了一種有效的分析方法。應(yīng)用新開發(fā)的子模型方法,分析了滑塊幾何參數(shù)對八邊形截面伸縮臂臂體間接觸區(qū)域應(yīng)力影響規(guī)律,為滑塊尺寸優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù),使其能夠充分降低接觸區(qū)域應(yīng)力。后對某八邊形截面伸縮臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計,以伸縮臂截面幾何形狀參數(shù)以及相鄰臂體搭接長度參數(shù)為設(shè)計變量,以伸縮臂結(jié)構(gòu)的***等效應(yīng)力為強(qiáng)度約束條件,變幅平面***靜位移和回轉(zhuǎn)平面***靜位移為剛度約束條件,以薄壁件的局部屈曲為結(jié)構(gòu)失穩(wěn)約束條件,實(shí)現(xiàn)了臂體輕量化設(shè)計。新子模型法的運(yùn)用使結(jié)構(gòu)優(yōu)化效率顯著提高,優(yōu)化后臂體結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度、剛度設(shè)計要求,與傳統(tǒng)設(shè)計相比減重量達(dá)17.8%,優(yōu)化后伸縮臂結(jié)構(gòu)已經(jīng)應(yīng)用于新產(chǎn)品。加得到接觸區(qū)的總應(yīng)力。