装箱翻包机回转架结构数字模拟分析

副标题#e#    装箱翻包机是物流成套装备中的重要设备之一，而回转架是其主要的工作部件，其工作过程是：货物传输到回转架底部后，油缸的作用力使回转架绕轴承轴线旋转 90°，实现货物的装箱翻包，货物移走，油缸回行，带动回转架回转，回到初始位置，进行下一个货物传送。我公司某型号的装箱翻包机生产能力为 45 箱/小时，每箱 300kg。在实际运行工作中，由于回转架受到交变的循环应力，容易产生疲劳断裂，因此，有必要借助先进的数字模拟分析技术对其结构进行分析，并为设计提供理论依据。回转架数字模拟的难点在于有限元分析所需的边界条件及约束难以合理的确定。
   
    1 分析方案
   
    1. 1 分析工具的选择
   
    翻包机回转架的数字模拟主要指运动仿真及有限元分析。目前，大型通用有限元分析软件在汽车、航空、机械、材料等许多行业得到了广泛应用，其中最为著名的有：ANSYS、NASTRAN、ABAQUS 以及 HYPERWORKS 等。这些软件虽然功能强大，但都价格不菲，并存在对工程师要求高的缺点。在翻包机回转架的分析中，笔者采用 COSMOS 系列软件，这是因为如下原因。
   
    1）作为装机量最大的有限元分析软件，COSMOS有限元技术易学易用，能够在普通的 PC 机上运行，不需要专业的有限元经验。
   
    2）作为世界上最快的有限元分析软件，COSMOS采用 FFE（Fast finite Element）技术，使复杂耗时的工程分析时间大大缩短。传统的方法在分析装配体时是先把零件拆散，然后一个个分别处理，耗时耗力，又存在计算结果不精确的缺点。COSMOS 提供了多场/ 多组件的复杂装配分析，使得分析能够更好地模拟真实的对象，结果也就更精确。
   
    3）COSMOS 主要功能模块如 CosmosWorks、CosmosMotion 作为标准插件无缝集成在 SolidWorks 中。CosmosWorks 提供静力分析、热分析、频率分析、设计优化等功能，能够满足一般的工程分析需要。CosmosMotion 是一个全功能运动仿真软件，它可以对复杂机械系统进行完整的运动学和动力学仿真分析，自动划分系统中的零件运动类型及运动副情况，得到系统中各零、部件的运动情况，包括位移、速度、加速度和作用力及反作用力等。最为重要的是，它还可将零、部件在复杂运动情况下的复杂载荷情况直接输出到 CosmosWorks 等主流有限元分析软件中，以作出正确的强度和结构分析。
   
    1. 2 分析方案的确定
   
    翻包机工况是一个运动反复的过程，属于结构动力学范畴，如果用静力学分析将与真实工况产生较大的误差。所以，在确定分析方案时要综合考虑其运动分析、有限元分析以及疲劳分析等方面的因素。因此，确定其分析方案流程如图1 所示。
   

    图 1 表明，用 SolidWorks 建立回转架的几何模型，在 CosmosMotion 中建立运动关系并施加作用力进行运动仿真，得到其构件的受力，这些力将作为 CosmosWorks 中进行有限元分析和疲劳分析的载荷与约束条件，最终的分析结果作为改进结构设计的理论依据。