基于ansys WORKBENCH的28＂六层式液压硫化机框架有限元分析

1 前言
28"六层式液压硫化机适用于硫化自行车外胎、力车外胎及小截面的摩托车外胎。该机为侧板框式结构,上下横梁利用两侧板结合成一体。热板置于上下横梁之间,动力为油压。
经过十个五年计划的发展,我国力车胎行业的工艺技术、装备和产品质量都有很大提高。从国家统计局的统计数、中国橡胶工业协会力车胎分会统计数和相关行业的统计数综合分析估算,我国力车胎产品产量已经位居世界首位,我国力车胎行业技术水平也有了很大提高。面对这么大的需求量,首先应优化生产设备,大大降低设备投入成本,而28"六层式液压硫化机是力车胎的硫化工艺设备,降低其成本对轮胎制造商来说意义重大,他们可以用同样的资金投入更多的设备,产量自然提高。因此,对28"六层式液压硫化机框架分析对其节能减材意义深远,主机框架是28"六层式液压硫化机机架的重要组成部分,其机构设计合理与否直接影响力车胎硫化机的安全性、可靠性和经济性。
2 建立有限元模型
建立有限元模型包括:建立有限元实体模型和划分网格两个步骤。
2.1 建立实体模型
用PRO/ENGINEER5.0建立六层式液压硫化机框架实体模型,利用PRO/ENGINEER强大的建模和修改功能可以方便地对模型进行修改,利用ANSYS进行有限元分析的时候,一定要对模型做必要的简化,以减少计算量和时间,提高精度。
实体模型如图1所示。

图1 框架模型

2.2 定义单元类型、材料参数
模型采用SOLID45单元,整个框架按Q235-A材料的属性定义,材料属性如表1所示。

表1 框架材料属性

2.3 划分网格
网格划分是有限元分析时关键的一步,网格划分后的有限元模型如图2所示。

图2 框架的有限元模型

3 施加载荷和求解
在合模之后,合模力直接施加在上横梁框架上,热板和模具的重量简化施加在下横梁上面。考虑合模力较大,因此在上横梁中间加了两块加强板。
施加在上横梁上的压力P计算如下:

加载后的有限元模型如图3所示。

图3 加载后的有限元模型

4 利用ANSYS对框架进行应力分析
4.1 应力结果分析
框架应力分析如图4所示

图4 框架应力分布图

从图上分析可知,整台设备在工作状态下,最易产生变形的地方在上横梁的中间部位,这部分产生的最大强度为157MPa,这也是进行框架结构设计时考虑的要点,因此在上横梁部分一定要加强。根据材料Q235-A的材料属性可知,屈服强度为235MPa,因此强度满足要求。
4.2 应变结果分析
应变结果分析如图5所示。

图5 框架应变图

根据应变分析图可以看出,整个框架在弯矩的作用下,上横梁产生的变形最大,最大变形量为1.32mm,此结果满足力车胎硫化机的刚度要求。
5 结语
利用ANSYS进行有限元分析表明,整个框架的结构体中上横梁部分受到的刚度变形最大,在设计的时候应考虑添加材料或者利用剩料的钢板进行补强,而在底部可以考虑适当的减少材料,这样应力分析得到改善,结构也进一步优化,在符合设计要求的同时,既节省了材料,又提高了强度。