50t泵直接传动式快速锻造液压试验机的设计与研究

作     者：牟顺顺 

作者单位：西安工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：成小乐;郭晓锋

授予年度：2021年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：小型快锻液压试验机 机架设计 有限元模拟优化 液压系统 

摘      要：小型快速锻造液压机凭借响应速度快、机架稳定性好、锻造精度高等方面优势成为现阶段锻造行业发展的一种趋势。本文对50t锻造工况下的试验机主要做了相关机架的设计、稳定性能和优化的研究,并针对泵直接传动式快锻液压机液压系统进行相关内容的设计。研究内容主要由以下几个方面进行:(1)依据50t锻造力下的锻造工况及理论分析,优选出了50t工况下的液压机初步机身结构设计方案,并对其结构和工作缸、回程缸、拉杆柱套、横梁结构进行结构设计和校核。计算显示,横梁结构的应力为43.708MPa,立柱的应力为175.75MPa,液压缸的应力为119MPa。本体结构的最大应力均小于许用应力,框架式预应力液压机初始机身结构强度、刚度均满足设计要求,解决了稳定的锻造需求。(2)对预应力框架式结构进行建模,在有限元软件中对机身结构动、静态性能进行研究。其静态变形量仅为0.19726mm,最大静应力仅为69.046MPa。相对于液压机整机尺寸来说,静态变形量极小,并且最大静应力小于液压机极限应力,机架静态性能稳定。机架模态分析结果表明锻造液压机的前6阶模态固有频率均大于12.767Hz,前6阶固有频率远远超过其锻造频率3Hz,可有效避免共振现象的发生,机架的动态性能良好。(3)对横梁结构研究与拓扑优化。横梁结构优化结果显示,上、中、下横梁结构优化后质量分别减小38%、36%、38%,其最大静应力分别下降10.33%、8.3%、51.8%,静态变形量分别下降6.14%、7.46%、43.5%;优化后的横梁结构前6阶固有频率均高于优化前。在达到轻量化的目的同时,动、静态性能都有所提高,整体力学性能变的更加合理。(4)对液压系统进行理论设计。根据锻造行程确定液压系统方案,提出了高频响比例变量阀控制系统下的液压系统设计,并根据快锻液压机响应时间设计出泵直接传动式锻造液压机液压系统的原理。