基于ANSYS的液压闸式剪板机的结构分析

卢寿丽++刘婷

摘 要：针对液压闸式数控剪板机，采用三维软件UG对剪板机的机架和刀架进行了实体建模，再将其导入分析软件中，更精确地了解了剪板机机架和刀架上的应力分布情况，保证了剪板机的使用和结构安全，满足了其对强度的要求，减少了剪切过程中的误差，提高了剪切刚度，满足了对精度的要求。

关键词：液压闸式剪板机；ANSYS；机架；刀架

中图分类号：TG333.2+1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.05.096

ANSYS通过与CAD软件（比如Pro/ENGINEER、UG、Solid works、AutoCAD）相结合，实现数据的分享和交换，利用软件三维几何建模的优点，ANSYS将实体的三维模型、有限元前后处理、有限元求解和系统动态分析等结合成一体，高效、准确地建立分析构件的有限元模型，自动生成有限元网格，建立相应的约束及载荷工况，并进行有限元求解，对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出，对结构动态特性作出评价，最大限度地满足工程设计分析的需要。因为它所具有的诸多优点，在对剪板机进行结构分析时，采用ANSYS作为有限元分析软件。

1 机架和刀架的有限元分析

1.1 建立几何模型

使用三维几何建模软件UG建立剪板机机架和刀架的三维几何模型，为下一步的有限元分析作准备。在建立几何建模时，省略了部分非关键位置的细微特征，在关键位置进行细微圆角化处理，防止作进一步有限元分析时出现应力集中的情况。

将在UG中建立的机架和刀架的几何模型导入ANSYS中，导入的方法采用标准的IGES文件导入，方法是经过从CAD→IGES→ANSYS的转换过程。这种方法操作比较简单。

1.2 选定材料性能

剪板机的使用材料除了刀刃外，其余全部采用Q235普通碳素钢。在三维建模时，为了简化，把刀片和刀架做成一个整体，其材料不进行区分，都采用同一种材料，材料各向同性。

1.3 约束条件

在ANSYS中，载荷包括边界条件和外部或内部作用力函数，在不同的分析领域中有不同的表征，但基本上可以分为6大类，即自由度约束、力（集中载荷）、面载荷、体载荷、惯性载荷以及耦合场载荷。对机架墙板采用的约束为全约束，有底座竖直y向和横向z向；在不影响所求的应力应变的情况下，水平方向上的约束施加在机架墙板底座上，不会影响各关键点的应力。

因为刀刃的剪切力和油缸的推力在轴承的旋转方向上取得平衡，所以把刀架剪切方向上的剪切力作为约束，在考虑刀架的水平变形时，把水平方向上的推力作为载荷，刀架的轴承位置受轴向和径向的约束。

1.4 网格的划分

网格划分是进行有限元分析时很重要的一个步骤，网格的质量会影响到有限元计算结果的准确程度，所以，就要分别对机架墙板、机架和刀架进行网格划分：对机架进行网格划分时，采用四面体单元自适应划分；对剪板机的刀架进行网格划分时，网格划分单元采用板壳单元。

在网格划分完成后，要记得检查网格划分的质量。如果存在网格划分错误，必须重新划分。显示警告时，需对网格的密度进行调整，否则，计算的结果就会不准确。这是网格划分的重要步骤。

1.5 有限元分析结果

剪板机侧板的喉口是机架结构中最重要的部位，喉口部位所承受的應力最大，机架的其他部位所受的应力在这里可以忽略不计，所以对墙板进行应力分析，从受力状态得到有限元方法可靠性结论。

在刀架的结构中，刀刃承受最大的力，但因为刀架的材料具有特殊性，所以可以不考虑刀刃位置的应力，只需考虑使用普通碳素钢的部位。应力主要集中在油缸的安装位置、顶板缺孔处和上侧板的连接位置，立板和底板承受的力也比较大。因为使用的钢板较厚，受力方向一致，所以产生的应力不大。

2 结论

从图1（a）的应力图中可以看出，墙板喉口部位的边线处应力最大值达到227 MPa，没有超过所用材料Q235的许用应力，满足强度需要。从图2（b）中的刀架应力图中可以清楚地看出刀架的应力变化情况，刀片口处所受的应力最大，其值为440 MPa；刀片的材料采用的是特殊钢材，它所能承受的许用应力远远超过普通碳钢的许用应力，所以应力集中部位可以忽略不计。

参考文献

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[2]陈传淼，黄云清.有限元高精度理论[M].湖南：湖南科学技术出版社，1995.

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[4]刘营营.JCL-3×1 800液压剪板机有限元分析及结构改进[D].济南：济南大学，2009.

〔编辑：刘晓芳〕