200TM操作機夾鉗改造及抱鉗設(shè)計

王偉+孫遠國

摘 要：對現(xiàn)有200TM操作機夾鉗進行改造，使其既具有原夾鉗功能，同時又具有抱鉗功能。首先對改造后夾鉗裝置進行校驗滿足原有使用要求，然后利用ANSYS workbench靜態(tài)分析對延長臂的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，使延長臂銷軸根部應(yīng)力集中降為534MPa。

關(guān)鍵詞：夾鉗改造；延長臂；有限元分析；專用抱鉗

高溫合金鍛件材料成本昂貴，鍛造溫度區(qū)間狹窄（約200-300℃），為了實現(xiàn)高溫合金坯料的整體無廢料快速鍛造，需要配備高溫合金鍛造專用抱鉗。為了滿足高溫合金鍛造需求，對現(xiàn)有200TM操作機夾鉗進行改造，通過多種方案對比，最終采用“延長臂”的設(shè)計方案，該方案具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠、更換方便的特點，滿足了使用要求。

1 夾鉗改造

夾鉗改造原則：保持原有功能要求不變，增加抱鉗功能。

夾鉗改造難點：盡可能利用原有零部件，節(jié)約成本。

夾鉗改造過程：夾鉗改造主要是對杠桿的改造，由于要利用原有鉗座，所以不改變杠桿在鉗座部分尺寸，只改變杠桿在鉗座以外部分尺寸，同時在杠桿上設(shè)置受力支撐孔，并改變杠桿與鉗口的配合尺寸，最終實現(xiàn)新設(shè)計延長臂的安裝，滿足抱鉗功能，見圖1。

2 改造后夾鉗夾緊力校驗

夾鉗的受力情況與其在空間的位置有關(guān)，一般先計算鉗口在水平和豎直兩種姿態(tài)的受力情況，再取較大的受力進行拉緊缸設(shè)計，由于本設(shè)計是在原有操作機的基礎(chǔ)上進行改造設(shè)計，所以只需在最大夾緊力時對拉緊缸進行校核即可。

2.1 鉗口水平位置受力

當鍛件受到的靜摩擦力達到最大時，鉗口施加到鍛件上的力為水平位置的最小夾緊力[1]（見圖2）。

由力矩平衡方程得，

解得總夾緊力Fh為：

夾持力矩M=G*l0，那么最惡劣的工況條件下的夾鉗機構(gòu)鉗口施加鍛件上的最小工作夾緊力為：

2.2 鉗口豎直位置受力

當鉗口在豎直位置時，上下兩個鉗口對鍛件的夾緊力大小不同，考慮鍛件在臨界狀態(tài)下作用在鉗口的反力會使鉗口繞著銷軸順時針轉(zhuǎn)動，這里允許鍛件下墜轉(zhuǎn)動0°～4°[2]。從而鉗口與鍛件之間產(chǎn)生滑動，直到摩擦力達到最大靜摩擦力時保持受力平衡得（見圖3）：

解得兩鉗口豎直方向分力及總夾緊力Fv為：

依據(jù)200TM操作機所能夾持的最大鍛件，對改造后的夾鉗裝置進行校驗。這里y=600mm，l0=1400mm，h=2968mm，G=80t所以求得水平和豎直狀態(tài)的最大加緊力為：

當鉗口夾持該鍛件在水平位置時，對夾鉗裝置單側(cè)進行受力分析。

其中19×106N為液壓缸所能提供的最大拉力，所以改造后的夾鉗裝置滿足原夾鉗機構(gòu)的使用要求。

3 延長臂設(shè)計

初始設(shè)計延長臂根部應(yīng)力集中很大，為了消除應(yīng)力集中，利用ANSYS workbench對根部結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，優(yōu)化后延長臂根部應(yīng)力由起初1000MPa降為534MPa見圖4，滿足使用要求。

4 結(jié)束語

200TM操作機抱鉗的改造成功，特別是延長臂的成功設(shè)計，為該類操作機改造奠定了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]孟憲國，馮長儒.鍛造操作機鉗口夾緊力和夾緊缸能力的計算[J].一重技術(shù)，2006（2）：1-3.

[2]郭江濤.2t/5tm鍛造操作機結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計與虛擬仿真研究[D].燕山大學，2015：23-28.