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  本发明针对切条机钢丝断裂频发、切割架共振导致寿命降低的问题，提出基于PRO/E与ANSYS的结构优化设计方法。通过建立参数化模型、动静刚度分析及响应曲面优化，实现切割架质量降低6.51%、一阶固有频率提升0.265Hz，有效提升设备稳定性与效率。

  [0001] 本发明涉及切条机制造领域，特别涉及一种切条机关键结构优化设计方法。

  [0002] 切条机是砖坯成型的重要设备，切条机中使用的钢丝在切割泥条时其失效形式主 要为断裂，一方面由于钢丝长时间与泥条摩擦引起的断裂；另一方面钢丝在切割过程中碰 到坚硬的小颗粒而突然断裂。传统切条机在钢丝断裂时需要停止整个制砖系统的运行，再 人工把断裂的切坯钢丝替换掉。这样不仅大幅度的降低了切条机的工作效率，又浪费了电动机 空转消耗的电能。

  [0003] 切条机上主要的运动件都集成在切割架上，切割架的横向运动的稳定性直接影响 切条机的工作效率和质量。当切割架实际运行时，会造成总系统的共振，导致钢丝磨损 加剧，增加导轨承受的动态载荷，降低整机的寿命和切条机的工作质量。

  [0004] 因此，提供一种切条机关键结构优化设计方法来改善切条机动静刚度特性，降低 结构设计和制造成本，提高切条机的常规使用的寿命和工作效率势在必行。

  [0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种切条机关键结构优化设计方法，能够改善切 条机动静刚度特性，降低结构设计和制造成本，提高切条机的常规使用的寿命和工作效率。

  [0006] 为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种切条机关键结构优化设计方法， 其创新点在于：所述步骤为： a) 建立模型：依据切条机二维图纸，采用PR0/E系统建立切条机的分析模型； b) 导入模型：将分析模型导入到ANSYS WORKBENCH中； c) 网格划分：采用ANSYS WORKBENCH系统对切条机模型进行自动网格划分； d) 设置材料：设置切条机模型的材料属性、初始边界条件和载荷，通过ANSYS软件分析 其动静刚度，发现切条机结构设计的薄弱环节； e) 确定尺寸：调用步骤a的切条机模型，设定参数变量，基于特征参照建立切条机参数 化模型，确定需要参数化的尺寸； f) 导入软件：利用PR0/E软件和ANSYS软件无缝接口，将参数化模型导入有限元软件 中； g) 重复步骤d ; h) 建立云图：设定静力学分析的显示结果为变形分布云图和等效应力分布云图，设定 模态分析的显示结果为前六阶固有频率，求解有限元模型； i) 数据分析：在有限元软件的参数管理器中，设定各个设计变量的变化范围，运用响应 曲面分析方法，以质量最小为目标、第一阶固有频率和应力应变为约束条件、切条机上关键 零件的敏感尺寸为设计变量，分析得到较优参考设计值； j )结果验证：依据分析结果，修改切条机模型并进行其动静刚度分析，验证结构优化的 合理性。

  [0008] 进一步的，所述步骤d中，切条机模型的材料参数包括密度、弹性模量、泊松比和 屈服强度；在切条机模型底面施加固定约束；依据真实的情况，在切条机相应位置施加分布 载荷。

  [0010] 本发明的优点是：将PR0/E三维建模与ANSYS WORKBENCH相结合，应用有限元分 析软件ANSYS分析切条机动静刚度，发现切条机结构设计的薄弱环节。

  [0011] 运用响应曲面分析方法，以质量最小为目标、第一阶固有频率和应力应变为约束 条件、切条机上关键零件的敏感尺寸为设计变量，分析得到较优参考设计值。

  [0012] 依据分析结果，修改切条机模型并进行其动静刚度分析，验证结构优化的合理性。

  [0013] 根据结果得出，优化后切割架质量较原切割架质量减少6. 51%，达到了降低切割架自 重、提高响应速度的目的，进而提高切条机工作效率和使用寿命。

  [0015] 下面结合实施例对本发明作进一步说明： 本发明中的切条机关键结构优化设计方法，步骤如下： 第一步，依据切条机二维图纸，采用PR0/E系统建立切条机的分析模型。

  [0016] 第二步，将分析模型导入到ANSYS WORKBENCH中，采用ANSYS WORKBENCH系统对切 条机模型进行自动网格划分。基于切条机的结构较为复杂，零件的接触部分相对密集，本实施例 中采用了自动划分的方法。

  [0017] 第三步，设置切条机模型的材料属性、初始边界条件和载荷，通过ANSYS软件分析 其动静刚度，发现切条机结构设计的薄弱环节。

  根据同步切条机的功能原理，机架安装在地面上，所以要对机架底面进行约束，限制 其所有自由度。在分析过程中为了确认和保证切条机实际作业时的正常运行，需要对切条机的极 限状态进行强度和刚度分析。本文中切条机的界限状态是钢丝上行切割刚与泥条发生接触 时（1. 5, 0, 300)。将切条机所受的外载荷简化为等效载荷加载到整机的相应部位。机身的 自重通过设置材料的密度软件可自动添加，车架上的各部分总成简化为分布载荷直接作用 在车架的相应部位]。计算所需的主要载荷及其定义方式见表2。

  切条机最大应力位于外连杆与钢丝架的联接处，最大应力值为37. 597MPa，该值远小于 材料45钢的屈服强度355MPa。该处用螺栓连接，并放置垫片，实际应力值应比仿真得到应 力值小，由此可知整机的强度足够。

  [0020] 切条机总变形的最大位移在钢丝安装部位，为190. 78um ;沿X轴方向的最大位移 在外连杆上，为119. 38um ;沿Y轴方向的最大位移在钢丝安装部位，为95. 817um ;沿Z轴方 向的最大位移在机架上沿X轴正方向边角处，为8. 5728um。X、Y、Z轴方向的变形量和总变 形量相对整机尺寸是很小的，各部分的变形对切条机切割精度影响甚微，这说明切条机整 机刚度足够][[i]][[ii]]。

  [0021] 通过上述对切条机应力应变的分析可知，切条机的整体强度和刚度较好。切条机 主要承载部件机架的结构性能好，具有较大的刚度值，能够很好的满足承载切割部件的要求，有 较大的优化空间，可对其进一步的分析优化以提高材料利用率和整机性能。机架承载输送 机的部位发生应力集中，可在相应位置加一根横梁。

  [0022] 第四步，调用第一步中的切条机模型，设定参数变量，基于特征参照建立切条机参 数化模型，确定需要参数化的尺寸。

  [0023] 第五步，利用PR0/E软件和ANSYS软件无缝接口，将参数化模型导入有限元软件 中。

  [0025] 第七步，设定静力学分析的显示结果为变形分布云图和等效应力分布云图，设定 模态分析的显示结果为前六阶固有频率，求解有限元模型。

  [0026] 结合上文切条机运动仿真结果可知，切条机实际工作中会产生振动，容易引发整 个系统的共振，使得钢丝磨损或破损加剧，以此来降低整机的寿命和工作稳定性。通过模态分 析，可以找出设计的薄弱

  技术研发人员：倪红军;吴成群;刘红梅;汪兴兴;吕帅帅;朱爱东;徐元彬;吕毅;米乐;

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