接裝機(jī)吊具設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

朱宇，陳海康，蘇杰，周長(zhǎng)江，陳釔杰

接裝機(jī)吊具設(shè)計(jì)與強(qiáng)度分析

朱宇1，陳?？?，蘇杰2，周長(zhǎng)江2，陳釔杰2

（1.中國(guó)煙草機(jī)械集團(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100055；2.湖南大學(xué) 汽車車身先進(jìn)設(shè)計(jì)制造國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082）

為保障大型工業(yè)機(jī)械裝配、包裝、起吊與轉(zhuǎn)運(yùn)的安全性，對(duì)其吊具系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)地腳承重試驗(yàn)，采用稱重傳感器獲得接裝機(jī)重量，確定吊具載荷。建立煙支接裝機(jī)吊具有限元分析模型，研究偏載系數(shù)為1.5時(shí)準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)下吊具的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律?；诮Y(jié)構(gòu)最大應(yīng)力和許用安全因子，對(duì)吊具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化后底板最大應(yīng)力為79.6 MPa，安全因子大于3。起吊構(gòu)件的最大應(yīng)力為47.6 MPa，安全因子大于5。撐桿部件結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，撐桿最大應(yīng)力為175 MPa，安全因子大于1.3。接裝機(jī)起吊試驗(yàn)結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的吊具可安全起吊和轉(zhuǎn)運(yùn)接裝機(jī)，試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果相符。設(shè)計(jì)與優(yōu)化的吊具結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求，能安全起吊、包裝和轉(zhuǎn)運(yùn)接裝機(jī)。本文的研究為工業(yè)機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)性包裝運(yùn)輸?shù)陌踩O(shè)計(jì)提供了重要理論依據(jù)。

煙支接裝機(jī)；吊具；地腳承重試驗(yàn)；有限元分析

許多工程機(jī)械設(shè)備具有體積和重量大的特點(diǎn)，其裝配、包裝與轉(zhuǎn)運(yùn)成為工業(yè)的難點(diǎn)。設(shè)備起吊困難影響工業(yè)的生產(chǎn)效率，吊具裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵。工程機(jī)械吊具設(shè)計(jì)尚缺乏標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范。文中基于煙支接裝機(jī)設(shè)備，研究吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性。煙支接裝機(jī)是卷接機(jī)組的重要組成部分，質(zhì)量達(dá)10 t。接裝機(jī)底座一般為鑄件，起吊桿安裝困難。

吊具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析是吊具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和定型的重要理論依據(jù)。結(jié)構(gòu)偏擺與振動(dòng)會(huì)影響起吊的效率與穩(wěn)定性[1-2]。王宴平[3]研究了吊裝重量和鋼絲繩長(zhǎng)度等對(duì)集裝箱殘余擺動(dòng)的影響。Li等[4]采用協(xié)同機(jī)械手技術(shù)，提出了一種自動(dòng)雙機(jī)協(xié)同起重系統(tǒng)。徐國(guó)正等[5-6]采用有限元方法研究吊具的應(yīng)力分布，探討吊具在工作狀態(tài)下的薄弱部位，并對(duì)薄弱處進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。甕松峰等[7]分析了專用吊具的計(jì)算載荷、安全系數(shù)和試驗(yàn)載荷。于喜年等[8]對(duì)焊接H型鋼吊裝的構(gòu)架、吊耳及銷軸滾輪等進(jìn)行應(yīng)力–應(yīng)變分析。

尹冰[9]基于有限元方法與疲勞試驗(yàn)方法，分析吊具的應(yīng)力和形變分布，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)尺寸。代春香等[10]建立夾持機(jī)構(gòu)有限元模型，改善了強(qiáng)度薄弱的位置。Li等[11]對(duì)桁架吊裝吊點(diǎn)方案進(jìn)行了優(yōu)化分析。李拓[12]優(yōu)化了一種吊索吊裝法，研究吊耳位置和吊索根數(shù)對(duì)吊裝應(yīng)力應(yīng)變的影響。劉加亮等[13]設(shè)計(jì)了一種多功能專用吊具，對(duì)吊桿結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。王兵臣等[14]基于試吊試驗(yàn)方法，對(duì)吊具進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變的模擬分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

綜上所述，吊具系統(tǒng)強(qiáng)度分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化廣受關(guān)注，但煙支接裝機(jī)吊具未見研究。吊具強(qiáng)度的可靠與工作穩(wěn)定，對(duì)接裝機(jī)開發(fā)意義顯著。以接裝機(jī)吊具為研究對(duì)象，結(jié)合試驗(yàn)與數(shù)值模擬方法研究準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)下吊具的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

1 地腳承重與吊具荷載

接裝機(jī)吊具由底板、起吊構(gòu)件、起吊桿、鋼絲繩、撐桿和起吊橫梁等組成，見圖1。其中，接裝機(jī)主體裝配至底板上，撐桿安裝在接裝機(jī)頂部，起吊構(gòu)件與接裝機(jī)的底板連接；鋼絲繩一端固定在起吊橫梁的吊環(huán)，另一端固定在起吊桿上。撐桿將鋼絲繩向外撐開，以防鋼絲繩擠壓接裝機(jī)。起吊構(gòu)件為槽型結(jié)構(gòu)，既保證吊具強(qiáng)度，又輕量化結(jié)構(gòu)。

1.1 接裝機(jī)地腳承重測(cè)試

設(shè)計(jì)接裝機(jī)地腳承重試驗(yàn)，測(cè)量接裝機(jī)重量。接裝機(jī)地腳承重測(cè)量系統(tǒng)見圖2，由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、稱重傳感器、信號(hào)放大器、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)等組成。其中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括控制器PXI–8106、機(jī)箱PXI–1042Q和數(shù)據(jù)采集卡PXI–6229等；稱重傳感器型號(hào)為NOS–X601，其頻率響應(yīng)為0～10 Hz。稱重原理為：稱重傳感器將感知的重力信號(hào)傳輸?shù)叫盘?hào)放大器進(jìn)行信號(hào)放大，然后由信號(hào)采集系統(tǒng)同時(shí)采集放大的信號(hào)，并將信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)分析系統(tǒng)中進(jìn)行處理。

1.起吊構(gòu)件；2.鋼絲繩；3.起吊懸梁；4.撐桿；5.頂板；6.起吊桿；7.接裝機(jī)機(jī)體。

1.稱重傳感器；2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；3.信號(hào)放大器；4.數(shù)據(jù)傳輸線；5.數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；6.顯示器；7.接裝機(jī)。

采用稱重傳感器測(cè)量被測(cè)地腳的承重，每個(gè)底板地腳下水平放置一臺(tái)傳感器，確保接裝機(jī)垂直作用于傳感器的承載面。稱重傳感器測(cè)量值穩(wěn)定后讀取并記錄相應(yīng)的結(jié)果，多次測(cè)量求平均值，保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。各稱重傳感器測(cè)量結(jié)果之和為接裝機(jī)的總重力?；诹仄胶庠砗驮囼?yàn)測(cè)得地腳承重，計(jì)算接裝機(jī)總重力與重心位置。

圖3 接裝機(jī)地腳分布與受力示意圖

如圖3所示，各地腳承受的載荷分別為17，位置分別為1(1,1)—7(7,7)。地腳承載力與水平面垂直，重心的坐標(biāo)設(shè)定為c,c)。接裝機(jī)總重力為：

式中：為接裝機(jī)總重力；F為第個(gè)地腳承重；為地腳序號(hào)；為地腳總數(shù)。根據(jù)力矩平衡原理，結(jié)合式（1），接裝機(jī)沿軸的力矩為：

式中：c為接裝機(jī)重心軸坐標(biāo)；y為地腳的軸坐標(biāo)。

接裝機(jī)沿軸的力矩為：

式中：c為接裝機(jī)重心的軸坐標(biāo)；x為地腳的軸坐標(biāo)。

接裝機(jī)地腳承重試驗(yàn)的結(jié)果見表1，接裝機(jī)總重力為97 108.3 N，計(jì)算得到重心為（1 720.7, 971.04）。設(shè)備重心與底板中心不重合，其位置在方向中點(diǎn)的左端，位于方向中點(diǎn)的上端，接裝機(jī)質(zhì)量分布不均勻。

1.2 吊具荷載

根據(jù)測(cè)量得到的接裝機(jī)總重力與重心位置計(jì)算底板兩端鋼絲繩的受力。底板左右兩端鋼絲繩的拉力分別為A和B：

式中：1與2分別為左右兩端鋼絲繩到重心的距離；為兩端鋼絲繩的距離；為接裝機(jī)總重力。

表1 接裝機(jī)地腳承重測(cè)試結(jié)果

Tab.1 Test result of load bearing capacity of filter assembler feet

由式（4）得，A=49 474.16 N、B=49 378.75 N，底板左右兩端鋼絲繩的拉力相差較小，鋼絲繩的拉力統(tǒng)一取A。實(shí)際起吊輸送過程中，接裝機(jī)的偏轉(zhuǎn)導(dǎo)致鋼絲繩受力不均，因此，引入偏載系數(shù)=1.5，保證吊具安全起吊。撐桿受力示意圖示見圖4，偏載工況下?lián)螚U水平與垂直方向受力分別為H與V：

式中：11為單根鋼絲繩的拉力；為鋼絲繩與撐桿的夾角；為偏載系數(shù)。根據(jù)鋼絲繩的長(zhǎng)度及其安裝位置，得到的值為45°。計(jì)算得到撐桿水平與垂直方向受力分別為H=26 237.6 N、V=10 867.95 N。

1.起吊懸梁；2.鋼絲繩；3.撐桿；4.接裝機(jī)。

圖4 撐桿受力示意圖

Fig.4 Diagram of brace stress

1.3 起吊繩索選取

工業(yè)設(shè)備起吊繩索有麻繩和鋼絲繩等[15-16]。麻繩以劍麻為原料，吊裝工程一般用于起吊輕型構(gòu)件和受力較小的攬風(fēng)、溜繩等。鋼絲繩系由幾股鋼絲子繩和一根繩芯（一般為浸油麻芯）捻成，具有強(qiáng)度高，彈性大，韌性、耐磨性、耐久性好，磨損易于檢查等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)構(gòu)吊裝中常采用6股鋼絲繩，每股由19、37、61根直徑為0.4～3.0 mm的高強(qiáng)鋼絲組成。

麻繩適合于較輕的構(gòu)件起吊，而鋼絲繩的強(qiáng)度高，可用于重載荷構(gòu)件起吊，因此選用鋼絲繩作為吊裝的吊索繩。鋼絲繩的容許拉力可按式（6）計(jì)算。

式中：[g]為鋼絲繩的容許拉力，kN；g為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，kN；為鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，對(duì)于6×19、6×37、6×61的鋼絲繩，分別取0.85、0.82、0.80；為鋼絲繩的使用安全系數(shù)。

含偏載工況下單根鋼絲繩最大受力為37 105.5 N。當(dāng)鋼絲繩安全系數(shù)取6，采用6×19的鋼絲繩，荷載不均勻系數(shù)為0.85，則選取的鋼絲繩容許拉力值要大于37 105.5 N，計(jì)算得到g應(yīng)該大于261 921.2 N。當(dāng)6×19鋼絲繩抗拉強(qiáng)度為1 400 N/mm2時(shí)，鋼絲繩直徑不能小于23 mm，可選取鋼絲繩直徑為26 mm。

2 吊具有限元建模

2.1 材料參數(shù)

接裝機(jī)底板材料為HT250，強(qiáng)度極限為250 MPa；起吊構(gòu)件和撐桿的材質(zhì)為Q235，屈服極限為235 MPa。接裝機(jī)起吊均勻緩慢，可視為準(zhǔn)靜態(tài)過程。根據(jù)GB/T 3811—2008起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[17]，HT250許用安全因子取3，Q235許用安全因子取1.22。螺栓性能等級(jí)初取8.8級(jí)，其屈服強(qiáng)度為640 MPa。

普通螺栓控制預(yù)緊力，許用安全因子為1.2～1.5。螺栓預(yù)緊力的范圍為：

0.5s≤bp≤0.7s(7)

式中：bp為螺栓預(yù)緊力；s為材料屈服點(diǎn)；為螺栓危險(xiǎn)截面面積。

底板螺栓型號(hào)為M24，由式（7）得bp為36 191～ 50 667 N；撐桿螺栓型號(hào)為M12，由式（7）得bp即為9 047.5～12 667 N。

2.2 有限元模型

吊具的底板部件包括底板、起吊桿、機(jī)架支撐板、起吊構(gòu)件與螺栓等?？紤]到結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，忽略了底板部件中非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)。消除小孔和倒角等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)底板部件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。采用四面體網(wǎng)格劃分方法，網(wǎng)格單元尺寸為5 mm，單元總數(shù)為2 142 626，見圖5a。撐桿部件包括撐桿、撐桿墊板、頂板與螺栓等，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化：頂板與撐桿墊板采用六面體網(wǎng)格，網(wǎng)格單元尺寸為5 mm；撐桿與螺栓采用四面體網(wǎng)格，其中撐桿單元尺寸為5 mm，螺栓單元尺寸為3 mm。撐桿部件有限元模型的網(wǎng)格單元總數(shù)為365 808，見圖5b。

1.起吊構(gòu)件；2.底板；3.機(jī)架支撐件；4.起吊桿；5.撐桿；6.撐桿墊板；7.接裝機(jī)頂板。

圖6是吊具相關(guān)部件的載荷與約束設(shè)置。其中，起吊桿兩端為固定約束，地腳上施加重力分量，螺栓預(yù)緊力bp1為1 000 N；接裝機(jī)頂板為固定約束；撐桿兩端受力分別為L(zhǎng)和R；螺栓預(yù)緊力bP2為500 N。零件的接觸類型包括黏結(jié)與摩擦，螺栓與接裝機(jī)頂板和底板的接觸為黏結(jié)。吊具的載荷與約束詳見圖6與表2。

圖6 吊具的載荷與螺栓預(yù)緊力

表2 吊具的載荷與螺栓預(yù)緊力

Tab.2 Load and bolt preload of spreader

3 吊具強(qiáng)度分析

3.1 底板部件強(qiáng)度分析

底板材料為HT250，許用安全因子取3。底板部件變形見圖7，最大變形量為0.31 mm，位于底板中間和頂板中部。在各重力分量相互作用下，重心附近的變形最大。接裝機(jī)頂板厚度為20 mm，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱。在機(jī)架支撐件的擠壓與拉伸作用下，中心區(qū)域發(fā)生較大的變形。

底板應(yīng)力與安全因子分布見圖8，底板的最大應(yīng)力為183 MPa，底板上下兩側(cè)地腳附近的應(yīng)力較大，而其他區(qū)域的應(yīng)力低于51.7 MPa。安全因子最小值為1.4，位于圖8b中放大的區(qū)域。載荷施加在地腳處，位于底板四周，產(chǎn)生的扭矩較大。底板四周的厚度小于中心區(qū)域，底板結(jié)構(gòu)厚度的突變?cè)斐蓱?yīng)力集中。底板存在安全因子小于3的區(qū)域，強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

圖7 底板部件變形云圖

起吊構(gòu)件、機(jī)架支撐件和頂板的材料為Q235，許用安全因子取1.22。圖9是起吊構(gòu)件應(yīng)力、機(jī)架支撐件和頂板應(yīng)力分布，起吊構(gòu)件最大應(yīng)力為47.6 MPa，位于吊桿通孔附近，見圖9a。起吊桿穿過吊桿通孔把接裝機(jī)吊起，接觸面積小，因此吊桿通孔處受力較大。此外，起吊構(gòu)件與底板的接觸面上應(yīng)力高于20 MPa，其他區(qū)域的應(yīng)力低于6.81 MPa。如圖9b所示，安全因子最小值為5.2，大于材料許用安全因子1.22，起吊構(gòu)件滿足強(qiáng)度要求。受到機(jī)架支撐件的擠壓和拉伸作用，頂板與它接觸區(qū)域的應(yīng)力較大。機(jī)架支撐件存在空洞區(qū)域，結(jié)構(gòu)薄弱，容易造成應(yīng)力集中現(xiàn)象。機(jī)架支撐件和頂板的最大應(yīng)力為22.5 MPa，安全因子為10.4，滿足強(qiáng)度要求。

3.2 撐桿部件強(qiáng)度分析

撐桿部件材料是Q235，許用安全因子取1.22。撐桿部件變形情況見圖10a，最大變形為9.34 mm，位于上側(cè)撐桿左端。上側(cè)撐桿的變形大于下側(cè)撐桿，變形量主要為1.79～5.36 mm。上側(cè)撐桿距離接裝機(jī)頂板邊緣較遠(yuǎn)，鋼絲繩產(chǎn)生的扭矩大。撐桿墊板和撐桿的變形效果疊加，撐桿左端的變形最大。

圖8 底板靜力學(xué)分析結(jié)果

圖9 底板部件靜力學(xué)分析結(jié)果

圖10 撐桿部件靜力學(xué)分析結(jié)果

研究了撐桿部件應(yīng)力分布特征，見圖10b。撐桿部件最大應(yīng)力為519 MPa，位于上側(cè)撐桿與頂板接觸的邊緣。撐桿墊板結(jié)構(gòu)存在鏤空區(qū)域，降低了撐桿部件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。撐桿與墊板的應(yīng)力為0～333 MPa，撐桿上側(cè)應(yīng)力高于下側(cè)。進(jìn)一步討論了撐桿部件安全因子，見圖11。撐桿部件最小安全因子為0.45，撐桿墊板兩端與頂板接觸邊緣的安全因子小于1.22，需要優(yōu)化撐桿結(jié)構(gòu)。

圖11 撐桿部件安全因子云圖

3.3 吊具結(jié)構(gòu)優(yōu)化與試驗(yàn)

底板安全因子最小處位于區(qū)域，在處增加一個(gè)板塊，見圖12a。優(yōu)化后底板最大應(yīng)力為79.6 MPa，安全因子為3.1，大于許用安全因子3，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。撐桿部件的危險(xiǎn)區(qū)域位于上側(cè)撐桿與頂板接觸邊緣，原撐桿墊板厚度為20 mm，優(yōu)化后墊板厚度為40 mm。如圖12b所示，撐桿部件優(yōu)化后的最大應(yīng)力為175 MPa，安全因子為1.3，大于許用安全因子1.22，優(yōu)化后結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。

起吊桿為直徑75 mm的實(shí)心圓柱，使用機(jī)器搬運(yùn)輔助安裝。起吊桿圓心區(qū)域的受力小，將起吊桿設(shè)計(jì)為空心結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)輕量化處理。設(shè)計(jì)起吊桿壁厚為20 mm，空心區(qū)域直徑為25 mm，見圖13a。建立起吊桿結(jié)構(gòu)輕量化后的底板部件有限元模型，強(qiáng)度分析結(jié)果見圖13b。起吊桿最大應(yīng)力為73.7 MPa，應(yīng)力較大處位于起吊桿與起吊構(gòu)件通孔接觸處。起吊構(gòu)件通孔與起吊桿的接觸面較小，接觸面的應(yīng)力較大。起吊桿最小安全因子為3.2，大于許用安全因子為1.3，起吊桿輕量化結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。

如圖14所示，設(shè)計(jì)了接裝機(jī)起吊試驗(yàn)。將結(jié)構(gòu)優(yōu)化后的起吊構(gòu)件、起吊桿、撐桿和鋼絲繩等裝配到接裝機(jī)上，鋼絲繩兩端分別連接起吊橫梁和起吊桿。起吊橫梁的起吊點(diǎn)與接裝機(jī)重心位于同一垂直直線，并調(diào)整起吊橫梁兩端長(zhǎng)度，使鋼絲繩拉力垂直作用于起吊桿。試驗(yàn)表明，優(yōu)化的吊具能安全起吊與轉(zhuǎn)運(yùn)接裝機(jī)，吊具滿足強(qiáng)度要求。

圖12 吊具結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果

圖13 起吊桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化與結(jié)果

1.起吊橫梁；2.撐桿；3.鋼絲繩；4.起吊構(gòu)件；5.起吊桿；6.底板；7.接裝機(jī)機(jī)體；8.頂板。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)計(jì)了接裝機(jī)地腳承重試驗(yàn)，采用稱重傳感器獲得接裝機(jī)重量。建立了接裝機(jī)吊具有限元模型，研究了偏載系數(shù)為1.5的準(zhǔn)靜態(tài)狀態(tài)下吊具的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。

1）底板最大應(yīng)力為183 MPa，安全因子大于1.4，地腳附近的應(yīng)力較大。優(yōu)化后底板最大應(yīng)力為79.6 MPa，安全因子大于3，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足要求。起吊構(gòu)件最大應(yīng)力為47.6 MPa，安全因子大于5。起吊桿輕量化結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為73.7 MPa，滿足強(qiáng)度要求。

2）撐桿部件最大應(yīng)力為519 MPa，最小安全因子為0.45，上側(cè)撐桿與頂板接觸邊緣的應(yīng)力較大。優(yōu)化后撐桿部件最大應(yīng)力為175 MPa，安全因子大于1.3，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。起吊試驗(yàn)表明，吊具系統(tǒng)能安全起吊和轉(zhuǎn)運(yùn)接裝機(jī)。

文中的研究為吊具安全性設(shè)計(jì)提供了重要的理論依據(jù)。

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Design and Strength Analysis of Filter Assembler Spreader

ZHU Yu1, CHEN Hai-kang2, SU Jie2, ZHOU Chang-jiang2, CHEN Yi-jie2

(1. China Tobacco Machinery Group Co., LTD., Beijing 100055, China; 2. State Key Laboratory of Advanced Design & Manufacturing for Vehicle Body, Hunan University, Changsha 410082, China)

The work aims to analyze the structural strength of filter assembler spreader and optimize its design to ensure the safety of large industrial machinery in assembly, packaging, lifting and transfer. Foot weighing test was designed to obtain the weight of filter assembler by the weighing sensor and determine the load of the spreader. The finite element analysis model of the cigarette filter assembler spreader was established. Under the quasi-static state, the stress-strain distribution of the spreader was discussed with a partial load coefficient of 1.5. Then, the spreader structure was optimized based on the maximum structural stress and allowable safety factors. The maximum stress of the bottom plate was 79.6 MPa, and the safety factor was greater than 3. The maximum stress of the lifting member was 47.6 MPa, and the safety factor exceeded 5. Besides, the maximum stress of the optimized brace parts was 175 MPa, and the safety factor was greater than 1.3. Finally, the lifting test was carried out to the filter assembler spreader. According to the test results, the designed spreader could lift and transfer the filter assembler safely. The test results were consistent with the simulation results. The designed and optimized spreader structure meets the strength requirements and can lift, package and transfer the filter assembler safely. The research provides an important theoretical basis for the safety design of industrial machinery system in package and transfer.

cigarette filter assembler; spreader; foot weighing test; finite element analysis

TB486

A

1001-3563(2023)03-0277-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.03.035

2022?08?16

湖南省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃資助項(xiàng)目（2020WK2032）

朱宇（1980—），男，本科，助理工程師，主要研究方向煙機(jī)設(shè)備管理。

陳?？担?996—），男，碩士，主要研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)及理論。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋