唐 越 门正兴 郝 炜 袁品均 李 斌

(成都航空职业技术学院机电工程学院，四川610021)

大型卧式挤压机动梁结构优化研究

唐 越 门正兴 郝 炜 袁品均 李 斌

(成都航空职业技术学院机电工程学院，四川610021)

本文应用ABAQUS对大型卧式挤压机动梁的应力进行分析，基于应力计算结果，分析了应力较大的原因，并且优化了动梁结构。通过优化动梁结构，显著减小了动梁关键位置处的应力值。

挤压机；动梁；结构优化

大型挤压成套装备是航空航天、交通、能源、武器装备等领域的基础制造装备，是国家重大装备设计制造综合能力和技术水平的重要标志，在国防和国民经济建设具有不可替代的作用[1]。动梁是大型挤压机的关键部件之一，在挤压机的工作过程中，动梁同时承受来自于油缸和挤压筒的作用力，分析动梁的应力对提高动梁寿命和整机的工作稳定性具有重要的意义。

如图1为典型卧式挤压机机械结构图，从图中可以看出，动梁位于油缸和挤料杆之间，分析动梁的应力时，必须与两边的机械结构联系起来。本文应用ABAQUS对动梁的应力进行了分析，并与结构优化之后的动梁应力进行了对比。

图1 卧式挤压机机械结构图

1 动梁应力分析

本文分析的对象是挤压机在正常工作行程中动梁的应力，因此不必对整个压机进行数值模拟，只需对动梁和与动梁接触的机构构件—挤料杆及液压缸活塞杆建立模型，并使它们相互接触，如图2所示。 动梁工作过程可以看作匀速的过程，因此动梁的应力分析属于静力分析。采用1/2模型进行计算以缩短计算时间，提高计算效率。

图2 动梁模型

材料的弹性模量为208 GPa，泊松比为0.3。在动梁的运行过程中，动梁两端分别与挤料杆和液压缸活塞杆相接触。设置接触的原则为：设置刚性较好的结构件接触面为主面，刚性较差的结构件接触面为从面，网格较粗糙的接触面为主面。面与面之间的摩擦系数设为0.1，接触状态如图3所示。

应用1/2模型进行数值模拟，在中间的对称平面上加载对称约束。在压机运行过程中，对动梁进行受力分析，压机的主油缸受力为1664.5 t，两边的侧油缸受力相同，均为78.54 t。边界条件和约束设置完毕后，对模型进行网格划分，正在相互接触面划分网格时，尽量使两个相互接触的面内的网格和节点相互对应，这样可以使运算加快收敛。计算完成后，输出Mises等效应力和最大主应力的变化图。

图3 接触状态

2 计算结果分析与动梁结构优化研究

2.1 动梁应力计算结果

此类结构形式的动梁破坏多发生在与挤料杆和活塞杆相接触的面上的圆角(位置1)和倒直角(位置2)上，观察这两个位置处的Mises等效应力和最大主应力，如图4～6所示，位置1处的Mises等效应力和最大主应力分别为237.9 MPa和179.9 MPa，位置2处最大主应力为174.1 MPa。

2.2 结构优化后计算结果对比

基于以上计算结果分析，圆角处和倒直角处均有较大的应力集中现象，初步确定为两个接触面的圆角值和倒直角值过小，并且受活塞杆推力一侧的结构形式不完善，针对以上现象，在不影响动梁正常工作的前提下优化模型，图7为动梁模型优化前后对比图。

图4 位置1Mises应力

图5 位置1最大主应力图

图6 位置2最大主应力

(a)优化前

(b)优化后

图8 优化后位置1Mises应力

结构优化后，按照之前的边界条件和约束设置方法设置，计算并输出相对应位置的应力计算结果，优化后应力图如图8～10所示，优化前后位置1和位置2的Mises等效应力和最大主应力对比如表1所示。

图9 优化后位置1最大主应力

图10 优化后位置2最大主应力

优化前应力值优化后应力值位置1Mises应力位置1最大主应力位置2最大主应力237.9179.9174.1196.6102.4120.9

通过对动梁模型的优化，Mises等效应力和最大主应力发生的位置基本保持不变，均位于动梁前后面上的圆角和倒直角处，通过优化结构，各应力值显著降低。

3 结论

通过对结构优化前后的动梁的应力分析可知，结构优化后，对应位置的应力值显著降低，证明该结构优化方法是可行的。本文中的结构优化方法可以为同结构形式的挤压机动梁的结构优化提供一定的参考。

[1] 熊乙锟. 自增强技术对组合式挤压筒服役特性的影响研究[D]. 重庆大学，2013.

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编辑 陈秀娟

Research on Structure Optimization of Heavy Duty Horizontal Extruder Moving Beam

Tang Yue, Men Zhengxing, Hao Wei, Yuan Pinjun, Li Bin

The stress of heavy duty horizontal extruder moving beam has been analyzed by applying ABAQUS, and based on the calculated stress results, cause of larger stress has been analyzed and the moving beam structure has been optimized. By optimizing the moving beam structure, stress value of the moving beam key position has been reduced evidently.

extruder; moving beam; structure optimization

2016—11—28

唐越(1989—)，男，助教，硕士，主要从事机械结构应力应变分析、流体力学模拟与仿真分析、机械几何量检测方面的研究和应用。

TG375+.23

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