摘 要：全自动码坯机升降机构是码坯机械中重要的一个机构，其运动过程中的动态性能对码坯机的实际工作有很大的影响，在码坯机的设计与制造过程中必须注意其固有频率对动态性能的影响。基于Pro/e -ABAQUS，对全自动码坯机的升降方针，根据模态分析变形、前6阶固有频率、进行升降机构的优化。目的是减轻升级机构的重量，提高其结构强度。

关键词：自动码坯机；升降机构；模态分析；优化

全自动码坯机动作灵活准确，能够很好的完成砖窑的搬运与码垛，其工艺布局合理，生产效率高[1]。其中升降机构作为重要机构，承担着搬运过程中整个码坯机的重量，因此最大限度的减轻升降机构的重量，增大其刚度，提高其固有频率，对码坯机的优化改进起到至关重要的作用。

在提高搬运速度的情况下，如果工作频率与系统固有频率接近或者重合，很可能会引起系统的共振现象，且对于大型机械设备来说，共振现象会造成设备的失效或者结构破坏，是码坯机结构设计中必须要避免的。[2]。运用三维软件建模，将模型导入系统仿真软件进行模态分析，得到震动模型和固有频率数值，再通过改善机械结构，改变系统的固有频率，即可完成升降机构的优化。

1 三维建模

新型码坯机钢架部分由型钢焊接，用大型钢筒焊接而成，码坯机总体结构如图1所示。

2 限元分析

2.1 升降机构有限元模型

（1）

升降机构的有限元模型需要容易分析计算，因此需要在尺寸上需要进行优化，一些小孔和凹槽要尽量避免出现。钢筒外侧焊接槽钢及相关联接螺栓孔适当简化。

2.2 模态分析

升降机构的有限元模型采用BlockLanczos法进行模态分析。分析其前六阶的固有频率数值，结果如下。

图3前6阶模态振型云图

模态动态分析结果得如下結论：①为了有效的防止共振，需要使得系统的低阶固有频率尽量避开系统的运动频率；②钢筒上部变形较大，因此在上半部分需要增大其刚度，降低其重量。

3 结构优化

对于码坯机升降机构这样复杂的机械结构系统，最好采用系统的几何形状改进，通过对升降机构的改进优化，再将新的三维模型倒入有限元软件进行分析，比对两次的固有频率，并进行多次有改，得到最有结果。在不降低结构现有刚度情况下，减小重量。以提高低阶固有频率为优化的目标。由分析结果进行优化：①对钢筒进行结构改进，尝试改变钢筒内部竖直方向6块筋板的位置，使其布置在变形较大的钢筒中山部，同时在钢筒变形小的位置开6个对称的椭圆形槽减小重量；②车架沿Z轴方向变形较大，因此需要在X方向平行的H型钢之间设计加强筋提高局部刚度。

结构改进之后，对整个结构再一次进行模态分析，改进前后两次ABAQUS模态分析结果对比如表3。

可见改进后的模态分析证明前两阶的频率更能有效地避开电机频率；改进后的振动云图显示，钢筒变形减小，机构强度增大，用Pro/e计算，改进后的升降机构总质量为887.9kg，重量减少了7.6%。

4 结论

（1）建立码坯机升降机构有限元模型，分析了升降机构的动态特性，得到了前六阶固有频率和振型，结点模态变化位移曲线，说明原设计方案前两阶固有频率接近共振频率；

（2）系统整体结构改进后，再次模态分析，证明改进后系统有效避开共振频率，刚度增大，达到改进目标；

（3）本文对新型全自动码坯机升降机构的模态分析及改进方法进行理论研究，具有重要工程指导意义。

参考文献

[1]王海臣，自动码坯机在烧结砖厂的应用[J].砖瓦，2008，54（3）；78-79.

[2]苗登雨，等.重载油缸坯料搬运系统模态分析与结构改进[J].机械设计与研究，2013，29（6）；99-102.

[3]姚屏，姚宏，王晓军，等.数控车床床身静动态优化设计研究[J].煤矿机械，2009，30（2）；208-210.

[4]马晓峰，ABAQUS6.11从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2013.

[5]胡世军，常迎杰，等.滚齿机立柱静动态分析与优化研究[J].机械传动，2014，38（2）；137-140.

作者简介

陈鑫（1988-），男，湖北武汉人，硕士研究生，主要研究方向为炉窑机械设计，机械制造，系统仿真。