数控卷板机机身结构如何优化分析

数控卷板机首先对大型数控船用卷板机卷板过程中床身的受力情况进行了分析;进而在保证床身结构力学特性的前提下,卷板机对床身结构进行了简化,建立了超大型数控船用卷板机床身的有限元模型;通过对该有限元模型进行计算分析,得到床身的应力和位移结果,并在分析结果的基础上,以其重量为目标进行了结构优化,使床身结构更趋合理。 辊筒是卷板机最重要的部件,它所占的质量也是最大的,因此,在满足工作要求的前提下减少辊筒质量,能够有效地降低生产成本。研究采用非线性动力学分析方法,运用ANSYS和对辊筒进行数值分析,得到辊筒在卷板过程中的变形图,并在优化分析模块对辊筒进行结构优化,辊筒的总质量由原来的10080 kg减小到优化后的8858 kg,同时辊筒长度由原先的2.2 m减小到2.06 m。

          最终结果证明:使用非线性动力学分析方法能够准确地得到卷板过程中辊筒的变形,经过Workbench优化后的辊筒尺寸和质量明显减小,生产成本更低。 四辊卷板机是靠调整侧辊进给位移来卷制不同半径圆筒,目前设计四辊卷板机结构、数控系统时,都是利用经验来设计,存在一定盲目性。本文建立起四辊卷板机工作的数学模型,分析两种不同条件下侧辊进给位移与卷曲半径之间关系曲线(简称工作曲线),两种工作曲线都是随着卷曲半径越大时,曲线越陡峭,对侧辊进给和控制精度要求越高。改变侧辊倾斜角时,侧辊倾斜角越小,工作曲线越陡峭,改变不同上辊中心到侧辊夹角定点距离时,工作曲线随着该值增加左移、趋缓。在实际生产中可以根据卷曲半径范围来制定工作曲线,利用工作曲线来设计四辊卷板机控制系统。 

数控卷板机的挠度补偿方法主要有3种几何补偿、液压补偿和机械补偿。其中最为常用的方法是机械补偿，即利用固定在上梁上的支承辊，数控卷板机对工作时的上辊施加一系列的压力，以抵消工作时板材作用在上辊上的压制力，从而来减小上辊的变形，提高数控卷板机的精度。该方法简单实用，易于操作，本文的研究对象就是使用了这种方法对上辊进行挠度补偿。机械补偿方法在数控卷板机中的应用如图1所示。由于支承辊是安装在上梁上的，所以上梁会有一定的变形，这就需要调整支承辊与上梁之间的距离来保证每个支承辊都能起到作用，上梁的变形情况对于挠度补偿来说十分重要。数控卷板机是锻压机械的一种，主要应用于板材的卷制加工，可以板材在冷态、温态或热态下弯卷成母线为直线的单曲率或多曲率的弧形或筒形件。

           目前，数控卷板机已经被广泛应用于航空航天、工程机械、船舶等各种领域，特别是船舶领域。随着我国对航空母舰的重视程度不断增加，大型、超大型船用数控卷板机的需求量也越来越大，精度要求也越来越高，而挠度补偿问题则是大型、超大型船用数控卷板机的一个关键技术难题。借鉴折弯机的挠度补偿方法目前，主要是通过计算机仿真，结合经验来获得上梁的变形情况进行挠度补偿。然而，用于计算机仿真的载荷数据大多是根据经验公式获得，缺少可靠的理论基础。通过经验公式计算出的载荷在实际应用中往往存在一次补偿不到位、调整困难、调整次数过多的问题。目前对于数控卷板机受力的理论研究主要集中于卷制力以及板材的回弹等的理论计算上。