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1 前言
28"六層式液壓硫化機(jī)適用于硫化自行車外胎、力車外胎及小截面的摩托車外胎。該機(jī)為側(cè)板框式結(jié)構(gòu),上下橫梁利用兩側(cè)板結(jié)合成一體。熱板置于上下橫梁之間,動力為油壓。
經(jīng)過十個五年計劃的發(fā)展,我國力車胎行業(yè)的工藝技術(shù)、裝備和產(chǎn)品質(zhì)量都有很大提高。從國家統(tǒng)計局的統(tǒng)計數(shù)、中國橡膠工業(yè)協(xié)會力車胎分會統(tǒng)計數(shù)和相關(guān)行業(yè)的統(tǒng)計數(shù)綜合分析估算,我國力車胎產(chǎn)品產(chǎn)量已經(jīng)位居世界首位,我國力車胎行業(yè)技術(shù)水平也有了很大提高。面對這么大的需求量,首先應(yīng)優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備,大大降低設(shè)備投入成本,而28"六層式液壓硫化機(jī)是力車胎的硫化工藝設(shè)備,降低其成本對輪胎制造商來說意義重大,他們可以用同樣的資金投入更多的設(shè)備,產(chǎn)量自然提高。因此,對28"六層式液壓硫化機(jī)框架分析對其節(jié)能減材意義深遠(yuǎn),主機(jī)框架是28"六層式液壓硫化機(jī)機(jī)架的重要組成部分,其機(jī)構(gòu)設(shè)計合理與否直接影響力車胎硫化機(jī)的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
2 建立有限元模型
建立有限元模型包括:建立有限元實(shí)體模型和劃分網(wǎng)格兩個步驟。
2.1 建立實(shí)體模型
用PRO/ENGINEER5.0建立六層式液壓硫化機(jī)框架實(shí)體模型,利用PRO/ENGINEER強(qiáng)大的建模和修改功能可以方便地對模型進(jìn)行修改,利用ANSYS進(jìn)行有限元分析的時候,一定要對模型做必要的簡化,以減少計算量和時間,提高精度。
實(shí)體模型如圖1所示。
圖1 框架模型
2.2 定義單元類型、材料參數(shù)
模型采用SOLID45單元,整個框架按Q235-A材料的屬性定義,材料屬性如表1所示。
表1 框架材料屬性
2.3 劃分網(wǎng)格
網(wǎng)格劃分是有限元分析時關(guān)鍵的一步,網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖2所示。
圖2 框架的有限元模型
3 施加載荷和求解
在合模之后,合模力直接施加在上橫梁框架上,熱板和模具的重量簡化施加在下橫梁上面?？紤]合模力較大,因此在上橫梁中間加了兩塊加強(qiáng)板。
施加在上橫梁上的壓力P計算如下:
加載后的有限元模型如圖3所示。
圖3 加載后的有限元模型
4 利用ANSYS對框架進(jìn)行應(yīng)力分析
4.1 應(yīng)力結(jié)果分析
框架應(yīng)力分析如圖4所示
圖4 框架應(yīng)力分布圖
從圖上分析可知,整臺設(shè)備在工作狀態(tài)下,最易產(chǎn)生變形的地方在上橫梁的中間部位,這部分產(chǎn)生的最大強(qiáng)度為157MPa,這也是進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮的要點(diǎn),因此在上橫梁部分一定要加強(qiáng)。根據(jù)材料Q235-A的材料屬性可知,屈服強(qiáng)度為235MPa,因此強(qiáng)度滿足要求。
4.2 應(yīng)變結(jié)果分析
應(yīng)變結(jié)果分析如圖5所示。
圖5 框架應(yīng)變圖
根據(jù)應(yīng)變分析圖可以看出,整個框架在彎矩的作用下,上橫梁產(chǎn)生的變形最大,最大變形量為1.32mm,此結(jié)果滿足力車胎硫化機(jī)的剛度要求。
5 結(jié)語
利用ANSYS進(jìn)行有限元分析表明,整個框架的結(jié)構(gòu)體中上橫梁部分受到的剛度變形最大,在設(shè)計的時候應(yīng)考慮添加材料或者利用剩料的鋼板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),而在底部可以考慮適當(dāng)?shù)臏p少材料,這樣應(yīng)力分析得到改善,結(jié)構(gòu)也進(jìn)一步優(yōu)化,在符合設(shè)計要求的同時,既節(jié)省了材料,又提高了強(qiáng)度。
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