[发明专利]一种卷筒纸折页机构砍刀臂破坏分析及结构优化方法

说明书

本发明提供了一种卷筒纸折页机构砍刀臂破坏分析及结构优化方法，通过分别建立折页机构无运动副间隙的动力学数学模型和含运动副间隙的有限元动力学模型来考察砍刀臂的强度，使校核结果更准确；通过建立折页机构的虚拟样机得到砍刀臂的自由度，以砍刀臂的实际约束情况作为边界条件，进行了砍刀臂的约束模态分析，使计算结果更符合实际；通过桁架结构来填充拓扑优化的去除材料，不但保证了砍刀臂的强度，而且通过改变桁架三角单元的杆宽和杆厚来改变砍刀臂的结构刚度，以使砍刀臂的固有频率避开工作频率。

技术领域

本发明属于印刷机械领域，尤其涉及一种卷筒纸折页机构砍刀臂破坏分析及结构优化方法。

背景技术

卷筒纸折页机是卷筒纸印刷机联动线上一个不可或缺的单元，通过三角板对纸张进行第一次对折，并通过裁切滚筒、折页滚筒和出页滚筒的相互配合，把一整条纸带自动折成八开或十六开，大大提高了报纸或书刊印刷的速度。近年来，随着原材料成本及人力成本的不断提升，各印刷企业为了保证利润，对印刷速度的要求越来越高；但印刷速度的提高却带来了可靠性和稳定性的问题。例如，N160型印刷机组的刀式折页机构，在转速25000rph工况下工作稳定，但当转速提高到36000rph时，折页机构便会出现问题，砍刀臂的根部区域在很短的时间内就会发生破坏，严重影响了印刷企业的生产效益。

综上所述，如何找到卷筒纸折页机在提速到36000rph后砍刀臂发生破坏的原因，并提供一种砍刀臂的结构优化方法，使优化后的砍刀臂结构满足实际生产的要求，已经成为亟需解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种卷筒纸折页机构砍刀臂破坏分析及结构优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1，建立折页机构无运动副间隙的动力学数学模型，计算折页机构运动一个周期时砍刀臂各截面的应力；

步骤S2，利用ANSYS软件的瞬态动力学模块建立折页机构含运动副间隙的有限元动力学模型，提取折页机构运动一个周期时砍刀臂各截面的最大等效应力；

步骤S3，选定最小安全系数，将步骤S1和S2得到的砍刀臂各截面的应力值与砍刀臂材料的屈服强度进行比较，计算砍刀臂强度安全系数；如果某截面的安全系数小于选定的最小安全系数，需要对该截面进行相应的加厚或加宽；

步骤S4，当砍刀臂满足强度要求时，继续考查其刚度：

利用约束模态分析考察砍刀臂的振动，提取砍刀臂的固有频率和振型；

搭建振动测试系统，对砍刀臂车间作业下的实际振动情况进行测试，采集砍刀臂的垂向加速度；

利用功率谱分析方法获得砍刀臂振动信号的功率谱密度，即工作频率；

步骤S5，将步骤S4中砍刀臂的固有频率和工作频率进行比较，如果固有频率在工作频率的范围内会引起结构共振，则对砍刀臂结构进行拓扑优化；

步骤S6，对拓扑优化后的砍刀臂结构进行约束模态分析，提取砍刀臂固有频率再次与工作频率进行比较，如果仍有共振情况发生，则通过增加杆单元来改变砍刀臂的结构刚度，直到砍刀臂的固有频率与工作频率避开，无共振情况发生为止。

优选的，步骤S1具体包括以下步骤：

步骤S11，将折页机构简化成四杆机构，折页四杆机构的运动方程为：

上式对时间求二次导，得到加速度关系式为：