大型筒节翻转机基于Solidworks的虚拟样机设计及性能仿真分析

0 引言

    大型筒节是一种管状钢材，其作用主要是通过焊接方式组合成化学材料存储罐的罐体或者压力容器的罐体，应用极为广泛。本研究中所涉及的翻转机主要是实现对直径超过2m，重量超过百吨的大型筒节进行调运、输送、翻转、加工等操作的设备。

1 概念设计

    本研究中设计的翻转机所指向的大型筒节的结构参数主要包括：筒节直径3.5m～6m；高度2m～4m；最大重量180t；动作要求是将筒节的轴线由水平方向转为垂直方向或相反。

    根据筒节的结构参数及要实现的动作要求，初步设定翻转机机构工作原理为：翻转台由直角框架结构组成，其直角顶点处作为翻转台的转动轴线，筒节由起吊装置吊起并放置在翻转台上。翻转台在起吊设备的作用下开始翻转，在0°～53°的范围内利用起吊设备作为动力源，当转角超过53°后利用翻转台及筒节的白重所产生的向下的力自由下落，并通过液压装置实现对下落速度的控制，使其平稳下落。翻转机结构示意图如图1所示。

    图1 翻转机结构示意图

2 翻转机的三维设计

    三维造型设计就是利用特征来描述产品的信息。特征(Feature)就是设计者对设计对象的形状、结构、材质、功能、加工、装配、检验、管理与使用信息及其关系等具有确切的工程含义的抽象描述。

    (1)建模步骤

    首先，根据板件的形状特征建立第一板件的模型，并将其长、宽、高三个参数作为标准参数，建立相应的参数表，简化建模过程。非参数化零件则根据各自形状和结构的特点依次建立三维模型。在建模同时，添加所有零件的相关参数。

    然后，将所有零件模型按照对应的位置关系进行装配。固定件之间采用放置方式进行装配，运动机构之间采用连接方式进行装配。以保证所有零件之间具有合理的位置关系和运动关系。

    最后，利用组装完成的装配体模型分别进行有限元分析，从而确定整体结构的刚度、强度是否满足设计要求，确定设备使用中的安全性。

    (2)建模及装配

    根据所建模型的特点，利用“系列零件设计表”，简化模型的生成过程。设计完成后根据需要再进行所有零部件的虚拟装配。

    组成翻转机的装配体主要包括三大部分：一、翻转机的翻转台。其主要用于放置筒节，实现筒节轴线方向的转变；二、翻转机的底座。其主要作用是用于翻转台的固定及运动缓冲平台；三、液压缓冲装置。其主要作用是减缓翻转台自由下落的速度，减轻冲击力。其中翻转台和底座分别采用放置装配使之具有焊接件的结构特性。而翻转台和底座、底座和液压缓冲装置、翻转台和液压缓冲装置之间则采用连接装配，使其具有运动构件的配合关系。