發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 11:53

　　 正交膠合木(cross-laminated timber,CLT)是一種新型的工程木產(chǎn)品,壓制是生產(chǎn)CLT的重要工序,由于CLT產(chǎn)品幅面大,壓制所需壓力大,需要專用壓機(jī)。國內(nèi)鮮有與正交膠合木壓機(jī)設(shè)計(jì)相關(guān)的研究報(bào)導(dǎo),面對CLT產(chǎn)品日益廣闊的市場前景,亟需一套成熟的正交膠合木壓機(jī)的設(shè)計(jì)方法。本文以大型正交膠合木壓機(jī)為設(shè)計(jì)和研究對象,在正交膠合木壓機(jī)設(shè)計(jì)方法研究的道路上邁出嘗試性的一步。本文對大型正交膠合木壓機(jī)的機(jī)身和上壓板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過對機(jī)身和各關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析,找出了結(jié)構(gòu)薄弱的環(huán)節(jié)和優(yōu)化方向,之后基于Isight軟件,對上壓板和上橫梁進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),改進(jìn)了結(jié)構(gòu),減輕了重量,最后為壓機(jī)設(shè)計(jì)了專用的液壓系統(tǒng)。本文完成的主要工作內(nèi)容如下:(1)闡明了正交膠合木壓機(jī)設(shè)計(jì)的研究背景和意義,分析了液壓機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,并總結(jié)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在液壓機(jī)設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀。(2)確定正交膠合木壓機(jī)的整體設(shè)計(jì)方案,分別設(shè)計(jì)上橫梁、下橫梁、立柱和拉桿的結(jié)構(gòu),確定形狀尺寸,利用材料力學(xué)方法明確各關(guān)鍵零部件的受力情況,并對各關(guān)鍵零部件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。(3)利用有限元分析軟件ABAQUS對上壓板與木材的接觸狀況進(jìn)行了有限元分析,得到木材與上壓板接觸面上的壓力分布情況。利用三維建模軟件CATIA對初步設(shè)計(jì)的機(jī)身各零部件進(jìn)行建模,利用有限元分析軟件ABAQUS對公稱載荷作用下的機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析。結(jié)果表明,各關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度和剛度均滿足設(shè)計(jì)要求。(4)探究利用優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺Isight集成三維建模軟件CATIA與有限元分析軟件ABAQUS,實(shí)現(xiàn)三維模型重建與有限元分析、數(shù)據(jù)讀取與傳遞、近似模型構(gòu)建與優(yōu)化等功能一體化集成的方法。對上壓板進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后木材上表面壓力分布的偏差由17.9%降為7.0%,壓力分布更加均勻。對上橫梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后的上橫梁在滿足強(qiáng)度和剛度要求的條件下減重22.2%。(5)設(shè)計(jì)正交膠合木壓機(jī)的主液壓系統(tǒng),運(yùn)用主壓力油路、副充液油路和泄壓控制油路的相互連通實(shí)現(xiàn)壓板的下降、加壓、保壓、補(bǔ)壓、泄壓和壓板上升六種工作狀態(tài)。通過應(yīng)用液壓元器件,使保壓壓力穩(wěn)定,且系統(tǒng)發(fā)熱少。該液壓系統(tǒng)功能豐富、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、節(jié)能環(huán)保。本文研究設(shè)計(jì)的正交膠合木壓機(jī)滿足使用要求,結(jié)構(gòu)簡單,安全可靠。研究過程中提出了以表面壓力分布均勻程度為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,探究了Isight集成CATIA與ABAQUS的方法。本文的設(shè)計(jì)與研究為本壓機(jī)后續(xù)研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),為同類液壓機(jī)的設(shè)計(jì)提供一定的借鑒,為結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一種新的方法。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TS64
【部分圖文】：

機(jī)身結(jié)構(gòu)主要由上橫梁、下橫梁、立柱、拉桿和鎖緊螺母等零部件組成。圖2.1 為初步設(shè)計(jì)的正交膠合木壓機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)的簡化示意圖。液壓缸個(gè)數(shù)過少會在產(chǎn)生局部集中的壓力，剛度相差較大的鋼材和木材相接觸，會出現(xiàn)明顯的受力不均，因此使用多個(gè)液壓缸均勻分布可以使壓制力更加均勻。同時(shí)，考慮到整機(jī)的空間限制，液壓缸的數(shù)量也不宜過多。因此，本文研究的正交膠合木壓機(jī)共采用 15 個(gè)液壓缸。為降低大尺寸壓機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)的制造難度，每三個(gè)液壓缸組成一排，與一個(gè)上橫梁和一組左右立柱組成一套單框架結(jié)構(gòu)。5 套單框架結(jié)構(gòu)分別和整體的下橫梁

第 2 章 正交膠合木壓機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11圖 2.2 上橫梁結(jié)構(gòu)圖2.2.2 上橫梁強(qiáng)度剛度校核（1）計(jì)算最大彎矩認(rèn)為每個(gè)油缸的作用力作用在支撐臺肩的兩個(gè)半圓環(huán)重心上，將上橫梁簡化為簡支梁進(jìn)行受力分析，計(jì)算模型如圖 2.3 所示。圖 2.3 上橫梁受力簡圖可以根據(jù)計(jì)算模型可以得到上橫梁的剪力圖和彎矩圖，進(jìn)而得到上橫梁受到的最大彎矩。中間截面的最大彎矩為max( )2 2F l DM Faπ= + ······························ （2.1）式中：F ——液壓缸的校核壓力，為 1.7×106N；D ——液壓缸施力圓環(huán)直徑，m；l —— 立柱間距即校核梁支點(diǎn)間距離，m；a —— 側(cè)缸中心距支點(diǎn)水平距離，m。由式（2.1）可得max=M 3520700 N m。（2）計(jì)算慣性矩上橫梁中心截面附近彎矩最大，且中心截

圖 2.3 上橫梁受力簡圖可以根據(jù)計(jì)算模型可以得到上橫梁的剪力圖和彎矩圖，進(jìn)而得到上橫梁受到。中間截面的最大彎矩為max( )2 2F l DM Faπ= + ······························ （：F ——液壓缸的校核壓力，為 1.7×106N；D ——液壓缸施力圓環(huán)直徑，m；l —— 立柱間距即校核梁支點(diǎn)間距離，m；a —— 側(cè)缸中心距支點(diǎn)水平距離，m。由式（2.1）可得max=M 3520700 N m。（2）計(jì)算慣性矩上橫梁中心截面附近彎矩最大，且中心截面處面積小，是上橫梁強(qiáng)度最薄弱的
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本文編號：2873106