翻板检测机关键技术的研究

钱海宁， 吴乐文， 王野平

(1.苏州伍得人造板设备有限公司，江苏 苏州 215100；2.同济大学机械与能源工程学院，上海 201804)

翻板检测机是板材贴面行业生产过程中重要的设备，由固定机架、真空吸盘架、2个转支梁、驱动系统(2根皮带)以及电气控制系统等组成，如图1所示。根据精准设计要求对该设备机架进行理论设计校核，合理选择型材，做到在保证强度的情况下不过度放大材料的型号，减少生产成本[1-4]。

1 固定机架静力学分析

1.1 单根皮带需要的牵引力

皮带受力分析如图2所示。

图2中：m1为配重块的质量(75 kg)；m2为左边矩形管的质量(11 kg)；m3为右边矩形管质量(33.2 kg)；m4为吸盘架和板材一半质量(225 kg)；F为单根皮带的牵引力(N)。

由平衡条件∑M0=0，得F=2 270 N，根据节拍设计需要，皮带最大提升速度为36 m/min，加速时间为1.5 s，故提升的加速度为0.4 m/s2，方向与F方向相反，故FMAX=3 178 N。

1.2 机架受力分析

机架受力分析如图3所示。

图1 翻板检测机结构简图

图2 皮带受力分析简图

其中，FMAX=3 178 N

强度满足要求。

图3 机架受力分析简图

1.3 B点变形量计算

根锯胡克定律，AB斜撑和BC立柱变形分别为：

2 机架立柱矩形管的优化与验证

据以上计算分析，可以将BC立柱进行优化，将250×150×8/Q235-A矩形管改为150×75×6/Q235-A矩形管，在满足力学性能的基础上减少材料的用量，降低成本。

2.1 分析前处理

Solid Works软件的Simulation模块相对于专业有限元分析软件在模型不复杂的情况下，具有建模操作简单、参数修改灵活、在设计和仿真上可做到无缝集成等优点。立柱与斜撑在接触面处焊接，在建模时可将立柱与斜撑视为一体，有限元分析时将材料设置为Q235-A，密度为7 850 kg/m3，弹性模量210 GPa，泊松比0.3，屈服强度235 MPa。立柱与斜撑底端施加固定约束，在立柱端面分别施加压力和切向力。网格大小和公差可由系统基于几何形状自动计算[5-7]。

2.2 求解与分析

优化前总位移云图如图4所示、应力云图如图5所示。由图4可知，立柱的最大位移量约为0.22 mm，发生在安装电机位置的等高度处。由图5可知，斜撑、立柱都发生了轻微的弯曲变形，由于斜撑受拉，立柱受压，致使斜撑纵向截面上左端的应力大于右端，立柱的左端应力小于右端。若用探针量取中性层的值，斜撑应力2.23 MPa，立柱应力1.39 MPa，与理论分析的结果十分接近，在力的加载处出现最大应力11.4 MPa。

图4 优化前总位移云图

优化后总位移云图如图6所示、应力云图如图7所示。优化后立柱的最大位移量约为0.40 mm，满足翻板机的精度要求。即使在力的加载处最大应力24.5 MPa，也远远小于材料的屈服强度。优化后的结构强度与精度均满足使用要求，且立柱材料节省58.4%。

图5 优化前应力云图

图6 优化后总位移云图

图7 优化后应力云图

3 减速机的选择

根据FMAX=3 178 N，减速机由两根皮带带动，并根据实际驱动结构，减速机扭矩为480 N·m，结合转速NA=76 r/min，选择减速机型号为R77DRS112M4，电机功率为4 kW，转矩为500 N·m，经检测实际使用电流符合额定使用电流要求。

4 结束语

对设备的主要零部件进行了受力分析，合理选择材料，在保证设计合理性的基础上，降低了生产成本，增强了产品的市场竞争力。