基于SolidWorks仿真分析的劈木机机架优化设计研究

kevinbbq

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引言

劈木机是造纸业、人造板材业、木浆加工业重要备料机械。本产品主要由机架、油缸、劈刀等部件构成。油缸低端铰接在机架之上．另一端和劈刀连接．油缸带动劈刀可以沿着机架的HW型钢梁往复移动来完成劈木作业，所以劈木机机架强度的设计至关重要。本文主要通过SolidWorks建模，然后通过simu1ationxperss模块来分析机架的HW型钢梁在不同参数和尺寸因素下的应力和变形。从而可以在保证产品设定强度的前提下，降低零部件的厚度，节约材料，降低生产成本，增加产品的可靠性和使用寿命。

1 劈木机结构

劈木机主要由机架总成、油缸总成、劈刀总成、支架总成等部件组成，其结构示意图如图1。

图1 劈木机结构

2 劈木机机架建模和分析

现代的机械产品设计大多采用三维建模软件来完成，这些三维软件功能相当强大，不但能大大缩短产品研发的周期，而且能直观地反应出模型的空间布局是否合理、有无干涉等问题，还能对产品模型进行应力、变形等等各种机械性能分析。SolidWorks是一款应用广泛的三维机械设计软件，其具有强大的CAD／CAE功能，能够根据需要进行强度、热力和音频等各种分析。笔者利用该软件创建劈木机机架不同参数的多个模型并分析其应力和变形．对得到的应力和变形参数进行综合分析，然后选定最佳设计方案。

2.1 劈木机基本工作参数和模型建立

本文所述劈木机工作行程为600mm；最大推力为2.65x105N。根据劈木机这一基本工作参数的要求和以往设计经验，选择GB 11263—2005的HW175x175和HW200x200两种规格的型钢作为劈木机机架的主梁来进行对比分析。根据实际应用特点和方式来建立模型。然后根据产品的实际工作状态对机架上的油缸支撑板添加压力，对机架上的底板添加固定约束，图2为机架模拟受力加载示意图，图3为机架模拟约束加载示意图。

图2 机架模拟受力加载示意图

图3 机架模拟约束加载示意图

2.2 两种不同参数型钢设计的机架的应力和变形分析

利用SimulationXpress分析向导分析工具对两个模型进行分析比较。在工作压力相同和其他机架零件完全相同的条件下，对HW型钢175~175和200x200两种规格钢材拼焊的机架进行应力和变形分析。其中HW 型钢175~175的应力分布和变形情况如图4和图5所示，HW 型钢200x200的应力分布和变形情况如图6和图7所示，并将分析的结果以HTML格式保存。

图4 HW 型钢175xl75应力分析分页

从图4的应力分析图上可以看出，油缸支撑板和HW型钢175~175焊接的部位为应力破坏点，超过型钢的屈服极限。从图5的位移分析来看，机架的最大位移为17.7mm，位移变形很大。

图5 HW 型钢175x175位移分析

图6 HW 型钢200x200应力分析

从图6的应力分析图上可以看出。整个劈木机机架没有超出型钢屈服极限的区域，不会造成型钢的塑性变形。从图7的位移分析来看。机架的极限位移为9mm，对于1.8m左右长的钢梁，这个位移变形是可以接受的。

图7 HW 型钢200x200位移分析

2.3 分析结果

综合最大应力和位移变形可以知道：在其他零部件完全相同的情况下，增加H型钢梁翼板和腹板的厚度，可以有效提高机架的刚度和强度，可以满足产品的设计要求，既不增加不必要的原材料成本，又能保证产品的质量。

3 结论

通过以上模拟和分析可以知道，在设计劈木机机架时，应根据产品的实际工作情况来选择合适的H型钢梁作为机架骨架。在改善机架强度方面，应通过增加横梁的腹板和翼板的厚度来提高机架的抗弯强度。在利用三维软件进行产品设计的过程中，要很好地利用软件的分析功能．这样可以把一些设计缺陷在生产前暴露出来，降低产品的设计周期长度。