鳄鱼式液压剪切机结构的有限元分析及优化

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废钢的再回收利用为国家节省大量的资源和能源,符合国家持续发展的要求,具有很好的社会效益和综合效益。剪切机属于废钢回收加工装置的一种,但是目前剪切机种类型号繁多,性能参差不齐,国家没有统一标准。本文针对一种鳄鱼式液压剪切机进行了动力学分析和结构有限元分析,并且对于部分结构进行了优化设计,这将有利于我国废钢加工设备的发展,对于废钢回收企业及我国经济发展都具有重要意义。  本文先计算了鳄鱼式液压剪切机的部分力学参数,并且通过计算机仿真软件Deform对于剪切力进行了计算,然后再与理论计算值对比,并且对于理论计算公式进行了修正。  由于鳄鱼式液压剪切机剪切过程是一个动态过程,在剪切过程中,剪刃的工作部位也在不停的变化,所以对于鳄鱼式液压剪切机进行了动力学分析,并且运用动力学仿真软件RecurDyn把鳄鱼式剪切机剪切过程中的刀架的速度、加速度等相应的数据求了出来。为了研究这一过程,把剪切机剪切过程分为5个阶段,通过这5个阶段来分析整个剪切过程,之后通过动力学知识,运动“动静法”和静态平衡等知识,把这5个阶段刀架受到的所有的力计算出来,为下一步有限元分析做准备。  由于在力学计算过程中把剪切过程分为了5个阶段,所以对于鳄鱼式液压剪切机刀架也分为5种工况分别进行静力学有限元分析。通过对刀架的加载和力的不同,运用有限元软件AnsysWorkbench分析了5中工况下刀架的等效应力和等效应变。对于剪切机的底座,由于其是固定的,所以只选用了底座在受力最大下的一种情况进行了有限元静力分析。通过有限元分析可以知道刀架在剪切过程中各处的受力大小和变形,在受力最大区域,取得了其最大的等效应力,以验证其是是否在材料许可应力范围内。  鳄鱼式剪切机并未经过优化,通过上述的分析,知道刀架和底座上有的地方应力很小,所以在刀架和底座有些地方可以优化,以节约材料和运输费用等。运用AnsysWorkbench的优化功能,通过加载约束和优化条件进行限制,分别对刀架和底座进行了拓扑优化和几何尺寸优化,然后对刀架重新建模,重新进行静力学有限元分析,验证刀架和底座等效应力和等效应变在优化后是否还满足材料要求。
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