200TM操作機夾鉗改造及抱鉗設計

王偉+孫遠國

摘 要：對現有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靜態分析對延長臂的結構進行優化，使延長臂銷軸根部應力集中降為534MPa。

關鍵詞：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，鍛造溫度區間狹窄（約200-300℃），為了實現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”的設計方案，該方案具有結構簡單、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，同時在杠桿上設置受力支撐孔，并改變杠桿與鉗口的配合尺寸，最終實現新設計延長臂的安裝，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，一般先計算鉗口在水平和豎直兩種姿態的受力情況，再取較大的受力進行拉緊缸設計，由于本設計是在原有操作機的基礎上進行改造設計，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下作用在鉗口的反力會使鉗口繞著銷軸順時針轉動，這里允許鍛件下墜轉動0°～4°[2]。從而鉗口與鍛件之間產生滑動，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的使用要求。

3 延長臂設計

初始設計延長臂根部應力集中很大，為了消除應力集中，利用ANSYS workbench對根部結構進行優化，優化后延長臂根部應力由起初1000MPa降為534MPa見圖4，滿足使用要求。

4 結束語

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

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，2006（2）：1-3.

[2]郭江濤.2t/5tm鍛造操作機結構優化設計與虛擬仿真研究[D].燕山大學，2015：23-28.