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卷板机的力学模型及结构主参数的确定
2014-02-03 09:42:49  作者:赵 嵩 汪永强   来自:   字体大小:【】 【】 【
摘要本文通过剖析卷板机的工作机理,深入探讨该类机型结构主参数之间的关系,并建立起力学模型而为设计其系列产品提供理论依据,重新确定其结构主参数及其电机功率等;使其该类机型的结构主参数的设计及生产时更...
摘要 本文通过剖析卷板机的工作机理,深入探讨该类机型结构主参数之间的关系,并建立起力学模型而为设计其系列产品提供理论依据,重新确定其结构主参数及其电机功率等;使其该类机型的结构主参数的设计及生产时更加趋于合理,从而获得较好的社会效益和良好的经济效益。
 
关键词  力学分析及模型   结构主参数   结论
 
目前,许多厂家为了更好地满足市场的需要,需对其产品进行结构调整。从而对大型卷板机进行技术升级换代,因此需重新确定其结构主参数及其电机功率等,使其的生产能力更加优化、合理,从而达到高效、安全,并获得一定的社会效益和良好的经济效益。
一、工作机理的力学分析及结构主参数分析
    从结构特点上来看(如图一所示),大型卷板机主要由一个上辊(1)及两个下辊(2)呈宝塔形状组成,用该机加工(圆孤)形成工件时,是由上辊(1)垂直往下移动的同时进行转动,对工件(即钢板)产生向下的压力P;而P必须克服工件的屈服强度,使其产生弯曲变形,然后下面两个下辊(2)向同一方向进行转动,从而移动钢板而达到加工成一定曲率半径R的(圆孤)成形工件。因此,为了确定P,我们由图二知,可将被加工工件看作为一简支梁。从而有:

图一:结构分析图
Fig.1  Structure Analysis
(1)上辊  (2)下辊  (3)D1——上辊直径
(4)D2——下辊直径  (5)H——上、下辊之间弯距
(6)R——零件曲率半径(7)L——中心距
 P对钢板的最大弯矩为:
                   (1)
而由弯矩产生的应力为:
                   (2)

图二  简支梁图
Fig.2  Simple supported beam-bridge
又由钢板的抗弯截面模量得:
                (3)
所以            (4)
式中:σs——被加工钢板的屈服极限
L——卷板机两下辊的中间距离
δ——加工钢板的最大厚度
b——工件的宽度
    从上式可知:当加工的工件材质一定时,P的大小只取决于工件的厚度δ与宽度b及两下辊间距离L。
    又再以上辊为分析对象,将P视为作用于上辊的一个均布截荷,从而把上辊作为一个简支梁,其受力分析(如图三所示)即有:
    均布载荷:                 (5)
    而均布载荷:q对上辊产生的最大弯距为:
                    (6)

图三  均布载荷图
Fig.3  Normal load
    由上式可知Mqmax可以作为强度计算的依据可用来确定上辊的直径。
    另外:若当钢板的厚度由δ增至δ1时,宽度b1小于b时,其所需压力为P1时(如图四所示):
    这时的均布载荷为:
                     (7)

图四  均布载荷讨论图
Fig.4  Discuss of normal load
    从而均布载荷q1对上辊所产生的最大弯矩为:
       (8)
    为了保证上辊的安全,应满足以下条件:
    Mqmax=Mmax                    (8)
    而由前知:由于P对上辊产生的最大弯矩为:;而又由P1对上辊产生的最大弯矩为:
从而有:
又因为        
所以                         (9)
结论:
    1. 利用上式确定的δ1或b1,完全能保证上辊所受的最大弯矩不会超过设计能力,是安全可靠的;
    2. 由上式知:当b1<b时,>1说明当上辊所受到弯距达到设计值时,被加工钢板的宽度由b减少到b1时,则P1<P;即支点的反力变小了;所以在卷板机超负荷工作时,首先是上辊所受弯距超过允许值时而上辊最先被折断的理论依据;
    3. 从加工能力的大小来看,该类机型主参数完全取决于能加工工件的最大厚度及宽度;如超出了这个限度,就被视为超出了设计能力;
    4. 工作经加工成型所得的屈度完全取决于上、下辊的相对位置;当钢板的材料及厚度一致时,上、下辊的相对位置愈近,则加工的屈度就愈大,反之则愈小;若上、下辊相对位置固定不变时,所加工的钢板愈厚或愈软,则加工得到的屈度也就愈大,反之则愈小,其屈率半径完全由加工工件屈率半径而定。
二、主参数的确定:
    综上所述,大型卷板机主参数之间关系为(见图一):
             (10)
式中:D1、D2——上、下辊直径(mm);
      δ——工件材料厚度(一般设计时取最大值)(mm);
      R——加工工件屈率半径(mm);
      H——中心高(mm);
      L——中心距(mm)。
    因而由上式完全可以确定该机的各主参数,其值完全可靠,可以作为设计其系列产品的行之有效的设计模型。
参考文献
[1] 陈至达  材料力学(上册)1977年
[2] 铁摩辛科 材料力学  1979年
[3] 机械设计手册  化学工业出版社  1980年
责任编辑:chenweihr
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