150MN锻造液压机本体组合结构研究

论文摘要

锻造在工业生产中占有举足轻重的地位,是机械制造业的基础工艺之一。伴随着钢铁、汽车、化工、电力、航空航天等行业的迅速发展,锻造在国民经济和国防安全中的作用越来越重要。大锻件的生产能力和质量是衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。大型锻件通常在液压机上锻造,因此,是否拥有大型自由锻造液压机是一个国家大型装备制造能力和技术水平及经济与国防实力的重要标志,具有明确的战略意义。世界各国,无论是发达国家还是发展中国家,都十分重视大型自由锻造液压机的发展。本文综合运用理论分析、数值模拟、人工神经网络、优化和实验测试的多种手段对我国现行自主研制的150MN大型自由锻液压机本体结构中的整体性、导向间隙等关键性问题进行了系统的研究。本文首次将全预紧组合机架用于大型锻造液压机,在整体性分析中,首次提出了考虑横梁变形的“真预紧曲线”,进而提出了临界载荷、整体区、开缝区及分离区等概念。为全预紧机架的整体性分析提供了新的平台。本文以有限元模拟为分析工具,对150MN自由锻液压机本体的整体性进行了分析,提出液压机的整体性主要体现为上梁与立柱结合面处的开缝问题。依据两者间开缝趋势的特点,可将其分为平移性开缝和弯曲性开缝。系统地研究了拉杆、立柱、上梁刚度等结构参数,以及偏载、预紧力等力能参数对压机整体性的影响。并在上述研究的基础上提出了对150MN自由锻水压机本体设计的修改意见,并对最终设计方案进行了全面的分析。本文综合运用人工神经网络、优化和有限元分析技术对150MN锻造液压机组合下梁的整体性进行了研究。通过大量的学习训练,建立了具有很高精度的基于人工神经网络的下梁整体性分析系统。在此基础上深入探讨了各拉紧螺栓直径、预紧力及拉紧板预紧力对下梁整体性的影响。并通过遍历优化给出了最佳的拉紧螺栓直径及预紧力的组合。本文以三维有限元接触计算的方法深入研究了动梁与立柱导向间预置间隙对承载后动梁与立柱间的接触状态影响。探讨了载荷、偏载大小、间隙分布形式、间隙大小对接触状态、动梁转角及面压的影响。并通过热-力耦合分析了温度场对接触状态和接触面压的影响。在此基础上,提出了150MN液压机立柱的预置间隙设置方案。本文制作了150MN锻造液压机的1:7.5金属模型,用电测法对模型压机机架和下梁的整体性,以及承载状态下拉杆和立柱的应力进行了测试。实验结果表明本文通过计算给定的机架及下梁预紧参数可以满足压机的整体性要求,立柱和拉杆的应力与计算结果吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1 章 绪论
• 1.1 世界大型自由锻造液压机的现状及发展趋势
• 1.1.1 引言
• 1.1.2 世界大型自由锻造液压机设计制造技术的现状及发展趋势
• 1.2 我国自由锻造液压机的发展历史及存在的问题
• 1.2.1 我国自由锻造液压机的发展历程
• 1.2.2 我国大型自由锻造液压机的现状及存在的主要问题
• 1.3 我国150MN 大型自由锻造液压机的建造背景及技术特色
• 1.3.1 建造背景
• 1.3.2 150MN 大型自由锻造液压机的技术特色
• 1.4 150MN 自由锻造液压机设计和安装中需解决的关键问题
• 1.4.1 自由锻造液压机本体设计计算方法概述
• 1.4.2 设计计算中需解决的几个关键性问题
• 1.5 本文的研究内容
• 第2 章 大型自由锻造液压机全预紧组合机架的整体性研究
• 2.1 液压机的整体性及预紧参数
• 2.1.1 预紧参数的传统计算方法
• 2.1.2 考虑横梁弯曲变形时的预紧参数
• 2.2 全预紧组合机架整体性的影响因素研究
• 2.2.1 拉杆直径对机架整体性的影响
• 2.2.2 拉杆偏置量对机架整体性的影响
• 2.2.3 载荷偏心距对机架整体性的影响
• 2.2.4 立柱截面积对机架整体性的影响
• 2.2.5 上梁刚度对机架整体性的影响
• 2.2.6 预紧力对机架整体性的影响
• 2.2.7 关于全预紧组合机架整体性影响因素的讨论
• 2.3 150MN 自由锻液压机机架整体性分析
• 2.3.1 “上位”工况的整体性分析
• 2.3.2 “中位1”工况的整体性分析
• 2.3.3 “中位2”工况的整体性分析
• 2.3.4 “下位”工况的整体性分析
• 2.4 本章小结
• 第3 章 基于人工神经网络的下梁整体性分析
• 3.1 组合结构下梁的整体性分析模型
• 3.1.1 下梁的结构特点
• 3.1.2 下梁的整体性分析模型
• 3.1.3 下梁整体性分析的内容
• 3.2 人工神经网络方法
• 3.2.1 人工神经网络发展简史
• 3.2.2 神经元模型
• 3.2.3 神经元的数学模型
• 3.2.4 转移函数
• 3.2.5 人工神经网络的学习
• 3.2.6 前馈型BP 神经网络
• 3.3 下梁整体性分析的人工神经网络模型
• 3.3.1 整体性分析神经网络的拓扑设计
• 3.3.2 学习规则
• 3.3.3 转移函数的选择
• 3.4 下梁整体性的影响因素分析和预紧参数优化
• 3.4.1 样本集及其训练
• 3.4.2 下梁整体性的影响因素分析
• 3.5 基于人工神经网络的预紧参数的优化
• 3.5.1 优化方案及结果
• 3.5.2 对下梁最终预紧方案的整体性分析
• 3.6 本章小结
• 第4 章 动梁-立柱的预置间隙分析
• 4.1 预置间隙分析的背景
• 4.2 计算模型
• 4.3 计算结果
• 4.4 计算结果的分析
• 4.4.1 面压的影响因素及影响规律分析
• 4.4.2 动梁转角的影响因素及影响规律分析
• 4.5 锻件温度对间隙及面压的影响分析
• 4.5.1 计算模型分析
• 4.5.2 模型建立
• 4.5.3 热影响分析结果
• 4.5.4 温度场影响的分析
• 4.6 本章小结
• 第5 章 模型试验研究
• 5.1 模型试验的必要性
• 5.2 模型压机及模型载荷工况
• 5.2.1 实验用模型压机
• 5.2.2 四种载荷工况及与模型的相似关系
• 5.3 实验内容
• 5.4 试验方案
• 5.4.1 机架整体性测试方案
• 5.4.2 下梁的整体性测试方案
• 5.5 测试结果
• 5.5.1 机架整体性测试结果
• 5.5.2 下梁整体性测试结果
• 5.6 实验结论
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介