1 前言
28"六層式液壓硫化機適用于硫化自行車外胎、力車外胎及小截面的摩托車外胎。該機為側板框式結構,上下橫梁利用兩側板結合成一體。熱板置于上下橫梁之間,動力為油壓。
經過十個五年計劃的發展,我國力車胎行業的工藝技術、裝備和產品質量都有很大提高。從國家統計局的統計數、中國橡膠工業協會力車胎分會統計數和相關行業的統計數綜合分析估算,我國力車胎產品產量已經位居世界首位,我國力車胎行業技術水平也有了很大提高。面對這么大的需求量,首先應優化生產設備,大大降低設備投入成本,而28"六層式液壓硫化機是力車胎的硫化工藝設備,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備,產量自然提高。因此,對28"六層式液壓硫化機框架分析對其節能減材意義深遠,主機框架是28"六層式液壓硫化機機架的重要組成部分,其機構設計合理與否直接影響力車胎硫化機的安全性、可靠性和經濟性。
2 建立有限元模型
建立有限元模型包括:建立有限元實體模型和劃分網格兩個步驟。
2.1 建立實體模型
用PRO/ENGINEER5.0建立六層式液壓硫化機框架實體模型,利用PRO/ENGINEER強大的建模和修改功能可以方便地對模型進行修改,利用ANSYS進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
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 劃分網格
網格劃分是有限元分析時關鍵的一步,網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。考慮合模力較大,因此在上橫梁中間加了兩塊加強板。
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對框架進行應力分析
4.1 應力結果分析
框架應力分析如圖4所示

圖4 框架應力分布圖

從圖上分析可知,整臺設備在工作狀態下,最易產生變形的地方在上橫梁的中間部位,這部分產生的最大強度為157MPa,這也是進行框架結構設計時考慮的要點,因此在上橫梁部分一定要加強。根據材料Q235-A的材料屬性可知,屈服強度為235MPa,因此強度滿足要求。
4.2 應變結果分析
應變結果分析如圖5所示。

圖5 框架應變圖

根據應變分析圖可以看出,整個框架在彎矩的作用下,上橫梁產生的變形最大,最大變形量為1.32mm,此結果滿足力車胎硫化機的剛度要求。
5 結語
利用ANSYS進行有限元分析表明,整個框架的結構體中上橫梁部分受到的剛度變形最大,在設計的時候應考慮添加材料或者利用剩料的鋼板進行補強,而在底部可以考慮適當的減少材料,這樣應力分析得到改善,結構也進一步優化,在符合設計要求的同時,既節省了材料,又提高了強度。