预应力钢丝缠绕“正交预紧机架”在重型多向模锻压机上的应用

针对重型多向模锻液压机结构设计中存在结构独立性与力学独立性矛盾的问题,提出基于预应力钢丝缠绕技术的多向模锻"正交预紧机架"结构。40MN多向模锻液压机是世界上第一台采用"正交预紧机架"结构的多向模锻液压机。本文以40MN多向模锻液压机为研究对象,运用ABAQUS有限元商业软件对"正交预紧机架"进行有限元分析,并结合"正交预紧机架"的缠绕施工与工艺试验,研究其在预紧状态、工作状态与合成状态时的受力与变形状况。结果证明:"正交预紧机架"结构具有刚度大、整体性好等优点,能够满足重型压机设计要求,为液压机结构设计与优化提供了重要参考价值。

预应力钢丝缠绕“正交预紧机架”结构力学性能分析

重型多向模锻液压机机构设计中的结构独立性与力学独立性互相矛盾,已成为限制多向模锻液压机最大吨位的瓶颈,而预应力钢丝缠绕正交预紧机架结构为解决重型多向模锻液压机承载结构的设计矛盾提供了一种新形式。针对这种新结构,以90 MN单缸双牌坊多向模锻液压机力学性能计算与试验为例,提出预应力钢丝缠绕正交预紧机架的力学分析方法,结合预应力钢丝缠绕正交预紧机架在工程应用中遇到的实际问题分析其在三种状态(预紧状态、工作状态、合成状态)时的力学性能,得出在一定的预紧系数下,该结构具有刚度大、承载能力强及整体性好等优点。因此,预应力钢丝缠绕正交预紧机架结构能够满足重型多向模锻液压机承载结构的使用要求。

预应力钢丝缠绕“正交预紧机架”刚度比计算方法研究

刚度比是计算钢丝缠绕工艺中钢丝理论施加张力、分析预应力钢丝缠绕机架合成状态受力状况及其疲劳强度的重要参数。但是,由于预应力钢丝缠绕正交预紧机架的立柱由两段梯形和一段扇形组成,解析法难以对其刚度比进行直接求解。针对此问题,提出一种有限元方法求取预应力钢丝缠绕正交预紧机架的刚度比,通过普通预应力钢丝缠绕机架刚度比经典解析法与有限元方法的对比分析以优化该方法,利用40 MN多向模锻压机的钢丝缠绕工艺试验验证该方法求取正交预紧机架刚度比的可行性。结果表明:该方法求得的刚度比值进行钢丝缠绕工艺之后,正交预紧机架立柱各截面的平均实际缠绕预紧力与理论值接近,刚度比值完全可以满足实际工程需求。

400MN多向模锻液压机承载结构的普通模锻工作性能分析

采用预应力钢丝缠绕正交预紧机架作为承载结构的多向模锻液压机进行单一垂直方向的普通模锻工艺时,垂直油缸提供的加载力被直接施加于毛坯件表面。由于所加工毛坯件的温度偏差、材质不均、形状不对称性等多种因素的影响,多向模锻液压机承载结构必然会出现偏心载荷状态,工况危险。因此,利用有限元分析方法和1:10模型试验,对400 MN多向模锻液压机承载结构在3种偏心载荷状态(前偏载、右偏载、斜向偏载)下的工作性能进行研究,得出在偏载状态下预应力钢丝缠绕正交预紧机架的变形特性与承载能力可以满足400 MN多向模锻液液压机的承载需求。