滑軌電視軌道用鋁型材設(shè)計(jì)及特性分析

邵丹 祁云沖 董賀

【摘要】滑軌電視作為多媒體展廳搭建的主體設(shè)施，其所使用的直軌道和弧形軌道也多采用鋁型材制作而成。但由于傳統(tǒng)矩形截面鋁型材的質(zhì)量較輕，且滑軌電視軌道需要保證長期負(fù)載移動(dòng)，極易導(dǎo)致鋁型材出現(xiàn)變形甚至畸形的問題。為了保障滑軌電視軌道的可靠性，同時(shí)能夠有效發(fā)揮出鋁型材的優(yōu)勢，本文設(shè)計(jì)了一種適用于滑軌電視滑軌工況環(huán)境的異型截面鋁型材，并對這種異型鋁型材的彎曲成形特性進(jìn)行了分析。本文首先對國內(nèi)鋁型材進(jìn)行的一些研究進(jìn)行了介紹，其次對滑軌電視軌道用異型鋁型材的彎曲試驗(yàn)以及有限元數(shù)值模擬進(jìn)行了探討，最后對截面畸變規(guī)律進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了滑軌電視軌道用鋁型材的可靠性。

【關(guān)鍵詞】滑軌電視；軌道；金屬型材成形；有限元分析

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.04.059

Design and Characteristic Analysis of Aluminum Profile for Slide Rail TV Track

SHAO Dan， QI Yunchong， DONG He

（Shenyang Xiuzhan Technology Co.，Ltd.， Shenyang 110000， China）

Abstract： As the main facility for building multimedia exhibition halls， slide track televisions often use straight and curved tracks made of aluminum profiles. However， due to the light weight of traditional rectangular cross-section aluminum profiles and the need to ensure long-term load movement of the slide TV track， it is easy to cause deformation or even deformities of the aluminum profiles. In order to ensure the reliability of the slide TV track and effectively utilize the advantages of aluminum profiles， this paper designs a specialshaped aluminum profile suitable for the working environment of the slide TV track， and analyzes the bending forming characteristics of this special-shaped aluminum profile. Firstly， some research on domestic aluminum profiles was introduced. Secondly， bending tests and finite element numerical simulations of special-shaped aluminum profiles for slide track television tracks were discussed. Finally， the regularity of section distortion was studied to verify the reliability of aluminum profiles for slide track television tracks.

Key words： slide-way TV； track； metal profile forming； finite element analysis

如今，鋁合金型材制造技術(shù)已成為生產(chǎn)與制造行業(yè)的重要核心技術(shù)，通過擠壓成型解決了生產(chǎn)與制造領(lǐng)域?qū)Ω鞣N形狀截面的需求，憑借質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、可屬性良好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，使在民用制造領(lǐng)域?qū)υ摷夹g(shù)十分依賴。但由于傳統(tǒng)矩形截面鋁型材存在變形彎曲現(xiàn)象的存在，嚴(yán)重影響型材的質(zhì)量和可靠性。

1現(xiàn)階段我國對鋁型材所進(jìn)行的研究

由于鋁型材應(yīng)用的范圍越加廣泛，現(xiàn)階段我國對此種材料的研究主要集中在矩形截面鋁型材的材料拉彎上，另外，還有很多學(xué)者對矩形截面鋁型材的截面畸變、力度大小進(jìn)行了探討，并對其彎曲成形展開了與之相對應(yīng)的模擬實(shí)驗(yàn)。還SolidWorks、UG和ANSYS等有限元分析軟件對鋁型材的截面變形程度展開了調(diào)查研究，還有學(xué)者致力于研究引起截面畸變的原因，但是截至目前，我國的學(xué)者對矩形截面鋁型材彎曲成形的變化規(guī)律還未展開更為深入的研究。

2滑軌電視軌道用鋁型材設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的滑軌電視軌道用異型鋁型材是結(jié)合滑軌電視軌道的特點(diǎn)，在3060鋁型材基礎(chǔ)上改造而來，材料為6082T6，材料屈服強(qiáng)度147.05 MPa，抗拉強(qiáng)度233.6 MPa，斷后延伸率8.9%，材料應(yīng)力應(yīng)變曲線如圖1所示。與傳統(tǒng)矩形截面鋁型材相比更能夠適應(yīng)滑軌的工況環(huán)境，異型鋁型材截面圖和三維視圖如圖2所示。

3滑軌電視軌道用鋁型材拉彎建模分析

根據(jù)鋁型材在軌道中受力部位分析，可將其簡化為簡支梁或連續(xù)梁。同時(shí)從受力分析中得知梁承受三種外力，即剪力、拉力、彎矩。結(jié)合軌道特點(diǎn)，本文主要對截面彎矩作用產(chǎn)生的正應(yīng)力和位移進(jìn)行受力分析。

通過三維建模軟件對此次研究的異型截面鋁型材進(jìn)行有限元建模，之后通過壓力試驗(yàn)對長度為1 m的異型鋁型材進(jìn)行了分析，實(shí)驗(yàn)條件為：兩端固定，中間壓力5 MPa，受力面積10×6 mm。通過壓力實(shí)驗(yàn)，可以得出此種異型截面鋁型材的應(yīng)力以及位移分布情況，如圖3和圖4所示。

可以看出，所設(shè)計(jì)的異型截面鋁型材彎曲后最大應(yīng)力集中為10 MPa左右，形變位移最大值為0.35 mm。為了能更加準(zhǔn)確地對滑軌電視軌道用鋁合金型材彎曲的變化特征進(jìn)行了解和研究，將其與傳統(tǒng)3060矩形截面鋁型材有限元模型進(jìn)行了相同的受力分析，并將兩者的性能指標(biāo)平均值進(jìn)行了對比，如表1所示，可以得出異型截面較傳統(tǒng)矩形截面鋁型材相比性能提高20%左右。

4截面畸變規(guī)律

鋁型材截面高度和寬度都會(huì)對型材的彎曲成型產(chǎn)生十分重要的影響，為了能夠更加有效的驗(yàn)證異型界面鋁型材的可靠性，在實(shí)際的研究工作中采用了實(shí)驗(yàn)和有限元有機(jī)結(jié)合的方法，將其安裝在滑軌電視軌道上如圖5所示。

根據(jù)不同程度的下壓量進(jìn)行了研究和分析，可以得出鋁合金型材上面塌陷率、下面上凹率會(huì)隨著彎曲程度的增大而增大，得到不同形狀型材的畸變量。結(jié)果表明下面上凹率和側(cè)面外凸率都隨著彎曲程度的增大而增大，可以得出結(jié)論，鋁型材高度的增加能夠增加鋁型材的性能。

5結(jié)論

綜上所述，筆者針對滑軌電視用軌道的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種適用于滑軌電視滑軌工況環(huán)境的異型截面鋁型材，通過壓力試驗(yàn)以及有限元數(shù)值模擬對這種異型鋁型材的彎曲成形特性進(jìn)行了分析，最后對截面畸變規(guī)律進(jìn)行了研究，驗(yàn)證了滑軌電視軌道用鋁型材的可靠性。

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【作者簡介】

邵丹，男，1979年出生，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械控制。

祁云沖，女，1988年出生，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械控制。

董賀，女，1987年出生，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械控制。

（編輯：謝飛燕）