大型正交胶合木压机设计与优化研究

发布时间：2020-11-06 11:53

　　 正交胶合木(cross-laminated timber,CLT)是一种新型的工程木产品,压制是生产CLT的重要工序,由于CLT产品幅面大,压制所需压力大,需要专用压机。国内鲜有与正交胶合木压机设计相关的研究报导,面对CLT产品日益广阔的市场前景,亟需一套成熟的正交胶合木压机的设计方法。本文以大型正交胶合木压机为设计和研究对象,在正交胶合木压机设计方法研究的道路上迈出尝试性的一步。本文对大型正交胶合木压机的机身和上压板进行了结构设计,通过对机身和各关键零部件进行有限元静力学分析,找出了结构薄弱的环节和优化方向,之后基于Isight软件,对上压板和上横梁进行了优化设计,改进了结构,减轻了重量,最后为压机设计了专用的液压系统。本文完成的主要工作内容如下:(1)阐明了正交胶合木压机设计的研究背景和意义,分析了液压机的基本结构和国内外发展现状,并总结了结构设计方法和优化设计方法在液压机设计过程中的应用及发展现状。(2)确定正交胶合木压机的整体设计方案,分别设计上横梁、下横梁、立柱和拉杆的结构,确定形状尺寸,利用材料力学方法明确各关键零部件的受力情况,并对各关键零部件进行强度和刚度校核。(3)利用有限元分析软件ABAQUS对上压板与木材的接触状况进行了有限元分析,得到木材与上压板接触面上的压力分布情况。利用三维建模软件CATIA对初步设计的机身各零部件进行建模,利用有限元分析软件ABAQUS对公称载荷作用下的机身结构进行静力学分析。结果表明,各关键零部件的强度和刚度均满足设计要求。(4)探究利用优化设计平台Isight集成三维建模软件CATIA与有限元分析软件ABAQUS,实现三维模型重建与有限元分析、数据读取与传递、近似模型构建与优化等功能一体化集成的方法。对上压板进行了多目标优化设计,优化后木材上表面压力分布的偏差由17.9%降为7.0%,压力分布更加均匀。对上横梁进行优化设计,优化后的上横梁在满足强度和刚度要求的条件下减重22.2%。(5)设计正交胶合木压机的主液压系统,运用主压力油路、副充液油路和泄压控制油路的相互连通实现压板的下降、加压、保压、补压、泄压和压板上升六种工作状态。通过应用液压元器件,使保压压力稳定,且系统发热少。该液压系统功能丰富、结构简单、效率高、节能环保。本文研究设计的正交胶合木压机满足使用要求,结构简单,安全可靠。研究过程中提出了以表面压力分布均匀程度为优化目标的优化设计方法,探究了Isight集成CATIA与ABAQUS的方法。本文的设计与研究为本压机后续研发奠定了坚实的基础,为同类液压机的设计提供一定的借鉴,为结构优化设计提供一种新的方法。
【学位单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TS64
【部分图文】：

机身结构主要由上横梁、下横梁、立柱、拉杆和锁紧螺母等零部件组成。图2.1 为初步设计的正交胶合木压机机身结构的简化示意图。液压缸个数过少会在产生局部集中的压力，刚度相差较大的钢材和木材相接触，会出现明显的受力不均，因此使用多个液压缸均匀分布可以使压制力更加均匀。同时，考虑到整机的空间限制，液压缸的数量也不宜过多。因此，本文研究的正交胶合木压机共采用 15 个液压缸。为降低大尺寸压机机身结构的制造难度，每三个液压缸组成一排，与一个上横梁和一组左右立柱组成一套单框架结构。5 套单框架结构分别和整体的下横梁

第 2 章 正交胶合木压机机身结构设计11图 2.2 上横梁结构图2.2.2 上横梁强度刚度校核（1）计算最大弯矩认为每个油缸的作用力作用在支撑台肩的两个半圆环重心上，将上横梁简化为简支梁进行受力分析，计算模型如图 2.3 所示。图 2.3 上横梁受力简图可以根据计算模型可以得到上横梁的剪力图和弯矩图，进而得到上横梁受到的最大弯矩。中间截面的最大弯矩为max( )2 2F l DM Faπ= + ······························ （2.1）式中：F ——液压缸的校核压力，为 1.7×106N；D ——液压缸施力圆环直径，m；l —— 立柱间距即校核梁支点间距离，m；a —— 侧缸中心距支点水平距离，m。由式（2.1）可得max=M 3520700 N m。（2）计算惯性矩上横梁中心截面附近弯矩最大，且中心截

图 2.3 上横梁受力简图可以根据计算模型可以得到上横梁的剪力图和弯矩图，进而得到上横梁受到。中间截面的最大弯矩为max( )2 2F l DM Faπ= + ······························ （：F ——液压缸的校核压力，为 1.7×106N；D ——液压缸施力圆环直径，m；l —— 立柱间距即校核梁支点间距离，m；a —— 侧缸中心距支点水平距离，m。由式（2.1）可得max=M 3520700 N m。（2）计算惯性矩上横梁中心截面附近弯矩最大，且中心截面处面积小，是上横梁强度最薄弱的
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本文编号：2873106