王 颖

（晋能控股装备制造集团中央机厂环保中心，山西 大同 037001）

引言

随着我国工业技术水平的提高，压力机在汽车、航天、家电、石油化工等行业被广泛应用。油桶是进行油品等液体存放的容器，对于油品的存放具有较大的便利性，在工业生产中具有广泛的应用。在油桶的压缩制作过程中，需要采用压力机进行生产，压力机具有工作平稳，生产精度高的特点，能够实现快速自动化的作业。随着工业技术的发展，高速度、高柔性的压力机对提高油桶的生产效率具有极大的帮助，能够满足油桶大批量的生产需求[1]。高速压力机在运行的过程中，由于工作转速快，对于压力机自身的性能及模具具有较高的要求。采用有限元分析的方式，对高速压力机机身的静力学性能进行分析，对其结构进行一定的优化，从而提高压力机的性能，满足高速压力机的高效运转需求[2]。

1 压力机机身模型的建立

机身是高速压力机的重要组成部分，机身的静力学及动力学性能对于油桶生产过程中的精度及压力机自身的使用寿命具有重要的影响。高速压力机的速度高，动作速度快，对机身的结构具有较高的要求。机身作为主要的支撑部件，承载压力机运行过程中产生的工作力，合理的机身结构对于保证压力机的使用性能及生产制造都有重要的影响。

采用ANSYS Workbench 对压力机机身的静力学性能进行分析，首先要建立分析的有限元模型，采用三维建模软件SolidWorks 进行机身三维模型的建立。在进行建模的过程中，对机身结构进行一定的简化处理，对不影响机身强度、刚度的结构进行简化及省略，对机身结构零件进行装配[3]，得到压力机机身的装配模型如图1 所示。

图1 压力机机身模型

对于建立的压力机机身模型，将其导入到ANSYS Workbench 中，采用四面体网格的形式对模型进行网格划分处理，在机身的关键区域进行网格的细化处理，得到机身的网格划分模型。对机身使用的材质进行设定，上横梁的材质设定为Q235A，下横梁及立柱的材质设定为HT300，模型通过装配体的形式导入，可自行识别零部件的接触[4]。

对模型的载荷进行分析，所分析的压力机的公称力为2 000 kN，平均作用在四个拉紧螺杆上，机身在运行过程中，承受两个方向的载荷作用，一个是通过曲轴作用于支撑孔上的竖直向上的作用力，另一个是作用在工作台表面上的竖直向下的作用力，在横梁的位置处施加相应的均布载荷，并考虑机身自身的重力载荷，压力机通过地脚螺钉进行固定，设定底座与地面为固定约束，对机身进行静力学性能分析[5]。

2 压力机机身静力学性能的仿真分析

对所建立的有限元模型进行分析，得到机身的应力应变分布分别见下页图2、图3。从图2 可以看出，压力机机身的最大等效应力出现在上横梁和螺栓的连接处，此时的最大值为156.7 MPa，超出了材料的许用应力，上横梁的其他位置处应力值均比较小，由此可对横梁与螺栓连接位置处的结构进行优化，增加连接板的厚度，从而减小应力集中的现象；底座及立柱位置处的等效应力值较小，小于材料的许用应力，且应力的分布较为均匀，没有应力集中的现象，符合结构的强度需求[6]。同时，在上横梁、立柱及底座整体上的应力分布较小，可对结构进行一定的轻型化设计，从而减轻机身的重量。从图3 可以看出，机身个位置处的等效应变值较小，且分布较为均匀。

图2 压力机机身的应力（MPa）分布

图3 压力机机身的应变分布

图4 为压力机机身的变形分布图，可以看出，机身竖直方向的最大变形量为0.46 mm，最大变形的位置位于拉紧螺栓上。上横梁的最大变形出现在曲轴孔位置处，底座竖直方向的最大变形量为0.17 mm。依据高速压力机的变形量设计标准，所分析的机身在竖直方向上的变形量应小于0.25 mm，机身的变形量符合设计要求。

图4 压力机机身的变形（mm）分布

压力机的机身上横梁和拉紧螺栓连接的位置处存在着一定的应力集中现象，通过增加连接板的厚度可以优化连接结构，避免应力集中；其余位置处的机身应力分布较为均匀，应变较小，变形量较小，符合设计的要求，压力机机身的结构满足强度和刚度的要求。同时，机身的上横梁、立柱及底座整体的应力值较小，可以对其结构进行一定的优化，减轻机身的重量，从而可以降低机身的制造成本，提高压力机的使用范围。

3 结论

机身作为压力机的主要支撑部件，其自身的静力学性能对于压力机的使用具有重要的影响。采用ANSYS Workbench 有限元分析的方式对压力机机身的静力学性能进行分析，建立了机身结构模型，依据压力机的运行状态施加相应的载荷作用及约束。通过仿真分析可知，机身上横梁和拉紧螺栓连接的位置处存在着一定的应力集中现象，需增加连接板的厚度，机身的上横梁、立柱及底座整体的应力值及变形量较小，可对其结构进行一定的轻型化设计，从而更好地提升压力机的性能，提高压力机的使用范围。