大型龙门剪打包系统的结构分析与优化

发布时间：2017-06-25 05:13

  本文关键词：大型龙门剪打包系统的结构分析与优化，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：废金属回收对资源的综合利用有着重要作用。龙门剪切机、打包机是废钢回收的重要装备之一，被广泛应用在回收行业中。由于国内生产企业的研发能力有限，各种废钢回收装备在设计阶段普遍采用仿制、类比、经验等方式进行设计，缺乏对装备结构合理性的完整研究与优化。产品普遍存在结构设计不合理、原材料消耗大等问题。为了解决以上问题，本文通过对某大型废金属回收装备企业的Q91Y-1250大型龙门剪切机打包系统进行研究。在对原打包系统进行结构分析的基础上，研究其结构的合理布置规律。利用优化设计技术，在保证打包系统具有足够强度和刚度前提下，获得材料的合理分布和构件的合理尺寸。从而在不降低产品性能的前提下减轻重量，达到节材的效果。 本文在对大型龙门剪打包系统的研究过程中充分体现了虚拟样机技术、有限元法和优化设计等现代化设计方法及方法应用。在充分了解大型龙门剪打包系统的工作过程及结构设计特点的基础上，首先建立了整个系统的三维数字化模型。通过虚拟样机技术获得打包系统在工作过程中各工作部件的受载情况。然后根据产品的结构特点从门盖子系统、侧压子系统和料箱子系统三部分对打包系统进行分析与优化。分别建立有限元分析模型，并综合考虑子系统的正常工况和偏载工况的受力以进行结构分析。根据正常工况下的分析结果并结合研究对象的结构特点采用合适的优化方法进行优化设计，，最后对其在两种工况下进行验证。 具体优化工作包括：建立门盖子系统的分析模型并对其进行正常工况下的结构分析、筋板重置分析、尺寸灵敏度分析和假设分析，最终得到优化结构并对其在正常工况和偏载工况下进行分析验证。侧压子系统在正常工况下进行静力学分析和结构拓扑优化，得到优化结构并对其进行验证，在偏载工况中对原结构和优化结构分别进行非线性分析，验证优化结构的合理性。料箱子系统进行了正常工况下的结构分析并根据分析结果对筋板的分布进行优化，同时建立参数化模型分别对基板和其侧面筋板的厚度进行灵敏度分析以得到最优尺寸，最后对其在正常工况和偏载工况下进行分析验证。通过对门盖、侧压和料箱三个子部分进行分析，最终得到打包系统完整的优化方案。 利用现代化的设计手段对龙门剪打包系统进行设计，在保证产品力学性能的前提下，打包系统共节约近26吨的钢材料(约28%的自重)。本文的研究思路与方法对废钢回收装备的改进设计具有普遍意义，可为同类机械装备的设计和生产提供理论依据和研究方法。
【关键词】：打包系统 有限元法 结构分析 优化 节材
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 打包机的国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国内研究现状12-13
• 1.2.2 国外研究现状13-15
• 1.3 现代设计方法15-19
• 1.3.1 有限元法的基本思想15
• 1.3.2 有限元的国内外发展现状15-17
• 1.3.3 有限元技术的发展趋势17
• 1.3.4 优化设计的基本思想17-18
• 1.3.5 优化设计方法18-19
• 1.3.6 优化设计的发展前景19
• 1.4 课题的意义及来源19-20
• 1.5 研究特点和工况分析20-21
• 1.5.1 研究特点20-21
• 1.5.2 工况分析21
• 1.6 研究内容和创新点21-22
• 1.7 本章小结22-23
• 第二章 虚拟样机的建立与分析23-28
• 2.1 打包系统简介23-24
• 2.2 虚拟样机的建立24-25
• 2.3 运动仿真分析25-27
• 2.3.1 分析流程25
• 2.3.2 结果分析25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第三章 门盖子系统的结构分析与优化28-47
• 3.1 分析理论和流程28-32
• 3.1.1 基本理论28-30
• 3.1.2 程序求解步骤30
• 3.1.3 分析流程30-32
• 3.2 分析环境32-33
• 3.3 门盖的结构分析33-37
• 3.3.1 力学模型的建立33-34
• 3.3.2 网格划分与定义材料34-35
• 3.3.3 边界条件35
• 3.3.4 结果分析35-37
• 3.4 门盖筋板的分布优化与验证37-39
• 3.5 优化设计的数学模型39
• 3.6 门盖的优化设计39-43
• 3.6.1 尺寸优化流程39-40
• 3.6.2 优化模型的建立40-41
• 3.6.3 灵敏度分析41-42
• 3.6.4 假设分析42-43
• 3.7 正常工况下的优化验证43-44
• 3.8 偏载工况下的优化验证44-46
• 3.9 本章小结46-47
• 第四章 侧压子系统的结构分析与优化47-58
• 4.1 侧压系统分析特点47
• 4.2 正常工况下结构分析与优化验证47-51
• 4.2.1 结构分析47-49
• 4.2.2 侧压头的拓扑优化49-50
• 4.2.3 结构优化与验证50-51
• 4.3 偏载工况下的结构分析51-54
• 4.3.1 侧压系统力学模型的建立与网格划分51-52
• 4.3.2 接触设置52-53
• 4.3.3 边界条件与结果分析53-54
• 4.4 侧压系统的非线性分析与验证54-57
• 4.4.1 非线性的基本理论54-55
• 4.4.2 优化结构验证55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 料箱子系统的结构分析与优化58-71
• 5.1 料箱的结构分析58-61
• 5.2 料箱筋板分布优化与验证61-62
• 5.3 料箱优化设计62-67
• 5.3.1 料箱的优化分析特点62
• 5.3.2 侧面加强筋厚度的优化62-64
• 5.3.3 基板厚度的优化64-67
• 5.4 正常工况下优化验证67-68
• 5.5 偏载工况下优化验证68-70
• 5.6 本章小结70-71
• 第六章 总结与展望71-73
• 6.1 结论71-72
• 6.2 展望72-73
• 参考文献73-77
• 攻读学位期间本人出版或公开发表论著、论文77-78
• 致谢78-79

【参考文献】

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本文编号：480901