液压硫化机合模应力测试与分析.pdf

液压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 0年 第 4期 液压硫化机合模应力测试与分析 岑大兵 桂林电子科技大学机电工程学院，广西桂林5 4 1 0 0 4 摘要介绍了 1 8 8 巨胎液压硫化机的基本结构和工作原理，结合传统的应变电测法，提出了具体实施方案，对其合模机构进 行了合模应力测试。测试结果表明由于加工误差，各合模杆在0 。 与 1 8 0 。 位置的应力相差较大，但整个合模机构能够安全承载， 满足实际工作要求。根据应力测试分析的结果及试制过程合模机构出现断裂的情况，提出了在合模机构上安装实时监控系统的方 案，并付诸应用；取得了较好地效果，进一步提高了该硫化机的安全性和可靠性。 关键词液压硫化机；应力测试；应变电测法 中图分类号T M 9 3 0 文献标识码A 文章编号1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 0 0 4 0 0 5 4 0 3 S t r e s st e s t a n d An a l y s i s f o r t h e 1 8 8一i n c h Gi a n t Ti r e Hy d r a u l i c Vu ] c a n i z i n g M a c h i n e CEN Dab i n g S c h o o l o f M e c h a n i c a l E l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ， G u i l i n U n i v e r s i t y o f E l e c t r o n i c T e c h n o l o g y ， G g x i ， G u i l i n 5 4 1 1 3 4 ，C h i n a Ab s t r a c t T h i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e b a s i c s t r u c t u r e a n d w o r k i n g p r i n c i p l e f o r t h e 1 8 8一i n c h g i a n tt i r e h y d r a u l i c v u l c a n i z i n g ma c h i n e ， c o mb i n i n g t o t h e t r a d i t i o n a l s t r a i n e l e c t ri c t e s t i n g m e t h o d ，t h e c o n c r e t e i mp l e m e n t a t i o n p l a n w a s g i v e n ，a n d t h e m a t c h e d mo l d s s t r e s s t e s t f o r t h e mo d el o c k i n g s t ruc t u r e o f v u l c a n i z e r w a s c o n d u c t e d ． T e s t r e s ult s s h o we d t h a t ，d u e t o p r o c e s s i n g e r r o r s ，i t c a u s e d l a r g e r s t r e s s d i f f e r e n c e b e t w e e n i n t h e z e r o d e g r e e p o s i t i o n a n d o n e h u n d r e d e i g h t y d e g r e e p o s i t i o n for e v e r y m o d e l o c k i n g r o d ，b u t t h e e n t i r e m o d el ock i n g s t ruc t u r e w a s l o a d e d s a f e l y， s a t i s fi e d t h e a c t u a l w o r k r e q u i r e me n t ．A c c o r d i n g t o t h e r e s u l t s o f t h e a n a l y s i s o f s t r e s s t e s t a n d f r a c t u r e p h e n o me n a h a p pen e d t o m o d el o c k i n g s t ruc t u r e a t t h e p r o c e s s o f t h e v u l c a n i z a t i o n m a c h i n e t r i a l p r o d u c t i o n ，a p l a n o f i n s t a l l i n g r e a l t i me mo n i t o ri n g s y s t e m i n mo d e l o c k i n g s t ruc t u r e W as p r o pos e d a n d w a s e mp l o y e d ；i t a c h i e v e d a b e t t e r e f f e c t a n d f u r t h e r i m p r o v e d t h e r e l i a b i l i t y a n d s a f e t y f o r t h e v u l c a n i z e r ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c v u l c a n i z i n g ma c h i n e ；s t r e s s t e s t ； s t r a i n e l e c t r i c t e s t i n g m e t h o d O 引言 轮胎定型硫化机是一种重要的橡胶机械，主要用 于空心轮胎的外胎硫化和定型， 按其传动方式来分， 有机械式和液压式两类。本文以某橡胶机械厂最新研 制出的 1 8 8 ”巨胎液压硫化机为研究对象， 结合传统 的电阻应变测量法，给出了具体实施方案，对其关键 部件合模机构进行了合模应力测试， 验证其安全性和 可靠性 ，测试结果证明该测试方法安全可行；在测试 的基础上，结合试制过程中合模机构 出现断裂的情 况， 提出了在合模机构上安装实时监控系统的方案， 并成功得到应用，取得了较好的效果，进一步提高了 该硫化机的安全性和可靠性。本次现场应力测试的成 功，为该硫化机的顺利投产使用提供有力的理论依 据， 延长了硫化机的使用寿命， 进一步提高了该硫化 机的安全性和可靠性。 4 8 0 0 m m，可硫化的胎圈直径为5 1 ～ 5 7 i n c h ，调模高度 为 1 2 5 01 6 0 0 m m，加热方式为蒸锅式，最大生胎高 度为 1 4 0 0 m m，最大生胎直径为 3 5 9 4 m m，最大合模 力约为4 0 0 0 0 k N 。该硫化机工作时其合模力完全来源 于液压缸的液压力。工作时，升降液压缸带动上模沿 导向柱上升，在机架 内形成空腔，装胎装置转进装 胎，中心机构的上下环上升，胎胚定位，装胎装置卸 胎后退出， 升降液压缸带动上模沿导向柱下降合模， 胎胚定型后合模到位 ，合模以后通过转杆和合模杆的 配合将上下模部分锁住，在模座下面的 l 2个短行程 加力液压缸作用下，产生要求的合模力。轮胎硫化结 束后，加力液压缸卸压，升降液压缸带动上模上升， 轮胎脱出上模，上模上升到位后，中心机构囊筒上 升，轮胎脱下模，中心机构的上下环下降，胶囊收入 囊筒中，同时，卸胎机构转进，囊筒下降，卸胎机构 将轮胎翻转而出， 并送至冷却。 1 硫化机的基本结构与工作原理 2 电阻应变片的工作原理 该硫化机基本结构如图 l所示。其硫化室内径为 基金项目 广西研究生教育创新计划资助项目 2 0 0 9 1 0 5 9 5 0 8 0 2 M 0 4 收稿E t 期 2 0 0 9 -0 9 - 0 6 作者简介 岑大兵 1 9 8 4 一 ， 男， 黄冈人， 在读硕士研究生， 机械设计及理 论专业， 主要研究方向为机械结构分析与优化设计。 5 4 电阻应变片 简称电阻片是一种电阻式的敏感 传感元件，其工作原理是基于金属导体的应变效 应 。应变效应是指金属导体的电阻随其机械变形 而发生变化的一种物理现象，可用公式简单的表示为 A R ／ R K o e 。式中 A R ／ R是金属导体的电阻变化率， Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ N0 ． 4 ． 2 0 1 0 图 1 硫化机实物图 是导体轴线方向的应变， 是金属材料的灵敏系数， 与材质有关，一般情况下把它视为常数。 3 应力测试方案与实现 3 ． 1 布片方案 根据实际工况、理论计算、受力分析以及实际贴 片条件的考虑，对合模机构的测试作出如下布片方 案转杆沿轴 向贴片，按 照一定 间隔，每根杆 贴 4 片，l 2根杆共 4 8片；合模杆也是沿轴向贴片，方法 同转杆，共 4 8片，转杆和合模杆共贴 9 6片电阻应 变片。 3 。 2 测试点位置的选择 对于转杆及合模杆，对每根转杆上的 4个测试点 选择在同一水平面上且距离上固定板 1 0 0 ra m处，每根 合模杆上的4个测试点选择也在同一水平面上且距离 下托板5 0 0 m m处。 3 ． 3 实施贴片与桥接方式选择 在测量应变值时，为了保证电阻应变片的应变与 被测试件的应变要相等以及测试结果的准确性，粘结 时应将应变片牢牢的粘贴在试件的测试位置上，并检 查其是否存在断路、短路现象，片中各部位是否有损 伤、折断发生、片内是否夹有气泡或霉变等现象；检 测应变片的电阻值， 保证同一根转杆及合模杆上4个 测试点的应变片电阻值相近，以便现场粘贴应变片时 快速方便地选择； 对测试点表面进行打磨，消除被测 试点处的氧化皮和污垢，然后用画针在测试点中心位 置画定位线。 表面打磨光滑后， 需用清洁剂对其进行清洗 在 本试验中，采用的清洁剂为无水酒精和丙酮 ，到棉 球上无明显的油渍为止， 贴片时应将应变片的方位线 对准测试点上的划线；粘贴好应变片后，接着安装接 线块，并用万用表测量应变片有无断路 、短路现象。 若无异常，再用低压变阻表 也称摇表测量绝缘电 阻是否符合要求，通常这一阻值应达到 2 0 0 M Y 以 上 j 。检查符合要求后 ，在应变片表面涂上一层保护 剂进行密封，完成上述工作后 ，进行贴片工作的最后 一 步，根据各个杆的编号一一对应贴片前已编好号码 的电缆进行焊线。在测试中，为了消除弯曲和温度变 化的影响， 笔者选择全桥接线方式。 4 实施测试 4 ． 1 加载方式 鉴于在试制过程中合模杆出现过断裂的现象， 在 现场实际测试时， 提出了具体的实施方案如下实行 逐级加载，实时监测 ，根据电阻应变仪上提示的应变 值，发现某一杆受力变形过大时，即卸载；调整转杆 上的锁紧螺母，以达到减小误差的目的，进而实现每 根合模杆均匀受力。如此重复多次直至达到最大载 荷， 从而可避免某一杆因受力过大而发生破坏。完成 一 次加载测试后，即可卸载，重复调节平衡后，再加 载，这样依次进行，直到达到最大载荷，成功完成 测试。 表 1 硫化机静态试验应力测试结果 单位M P a 杆编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 I 1 1 2 注表格中 “”表示受拉 ，“一”表示受压 4 ． 2 测试结果与分析 表 1 只给出了硫化机合模机构部分位置的测试结 果。从表 1中静应力测试结果可以看出，最大拉应力 值点出现在合模杆的0 。 位置，最小拉应力值点出现在 合模杆的1 8 0 。 位置，且出现5 处受压情况。这一结果 反映了转杆和合模杆在合模配合受力时并非完全是竖 直的，而是存在一定的倾斜，说明1 2 根杆之间存在 加工误差 ，导致在 1 8 0 。 位置受力点与0 。 位置受力点出 5 5 液 压 气 动 与 密 封／ 2 0 1 0年 第 4期 现较大的应力差值，但整个合模机构能够安全承载， 满足实际工作要求。 通过测试可以发现，本次合模应力测试是经过反 复多次的加载卸载调整才得以成功调试， 实际硫化工 作时，无法每次都进行受力均匀调整，这样将严重影 响该硫化机的安全性和可靠性，鉴于此，笔者在此应 力测试方案的基础上，提出了在合模机构上安装实时 监控系统的方案，这样在实际硫化加载工作时，当电 阻应变仪上的应变值达到的极限值时，系统就会报警 提示， 进而卸载调整。通过使用笔者的这个方案， 取 得了很好的效果， 从根本上避免了合模机构再次被破 坏的可能。 5 结果与讨论 本研究对1 8 8 ” 全钢巨胎液压硫化机合模机构进行 了应力测试，测试结果表明采用传统的电阻应变电 测法，结合笔者提出的应力测试方案，能够成功的完 成该硫化机的调试。通过现场测试，可以得到以下 结论 1 1 8 8 ” 巨胎液压硫化机关键部件合模机构的 应力值相对较低，最大应力值出现在第 1 2合模杆的 0 。 位置，且最大拉应力值为9 4 ． 5 M P a ，远小于材料的 许用值。其主要承载机构一合模杆具有足够的抗拉强 度，能够安全工作 ，并可以进行批量生产。 2 各合模杆 0 。 位置与 1 8 0 。 位置的应力值相差 较大，这是由于在批量生产时加工误差过大造成的， 实际生产时，应采取适当措施 ，减小加工误差，以达 ” 一w - “t ” 到缩小同一根杆在0 。 和1 8 0 。 位置的应力差值，使各杆 在实际工作时，在各个位置受力尽可能均匀的目的， 从而减小硫化过程中发生破坏的可能性， 延长其使用 寿命。 3 在成功完成调试的基础上，通过采用笔者提 出的在合模机构上安装实时监控系统的方案，取得了 较理想的结果，从根本上避免了合模机构再次被破坏 的可能，延长了硫化机的使用寿命，进一步提高了该 硫化机的安全性和可靠性，为该硫化机的推广应用奠 定了基础。 参考文献 [ 1 ] 赵科， 李荣照， 童水光， 等． 硫化机横梁结构的有限元分析 与优化[ J ] ． 橡胶技术与装备， 2 0 0 5 3 1 1～ 3 ． [ 2 ] 液压系列定型硫化机． [ 3 ] 郑秀媛， 谢大吉． 应力应变电测技术[ M] ． 北京 国防工业 出版社， 1 9 8 5 ． [ 4 ] 单辉祖． 材料力学 Ⅱ [ M] ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 6 1 2 ． [ 5 ] 潘宏． 浅析大型构件静态应力测试流程[ J ] ． 一重技术， 2 0 0 7 2 4 7 4 9 ． [ 6 ] 王嘉丰． 保证应力测试成功的几点要素[ J ] ． 水运科技情 报 ， 1 9 9 7 3 ． [ 7 ] 李小华． 浅谈应变电测在工程中应用及应注意的问题 [ J ] ． 计量与测试技术， 2 0 0 2 3 ． [ 8 ] 戴娟， 汪大鹏， 陈蕾， 等． 电测应力实验中应变片的粘贴技 巧[ J ] ． 湖南工程学院学报， 2 0 0 3 1 3 ． ” “ t 一 一 液压系统对液压能源的要求 液压伺服系统对液压能源的要求比较严格 ，通常要求选用独立的液压能源，除了满足系统压力，流量 之外 ，还要满足下面的要求 1 保证油的清洁度。这是保证液压伺服系统的关键所在。经验表明，我们的伺服系统故障 8 0 ％都 是液压油污染所造成的。通常液压伺服系统要求有 1 0 m的过滤器 ，对要求较高的系统，则应有 5 m的 过滤器。 2 防止空气混入。空气混入将造成系统工作不稳定并使快速性降低。因此油液中空气含量不能超过 规定值， 一般油中的空气含量不应超过2 ％。工程上可采用加压油箱来防止空气。 3 保持油温恒定。温度过高， 使液压元件寿命降低，油温变化大，使伺服阀的零漂加大， 影响系统 性能。一般油温要控制在 3 5 4 5 ％之间。 4 要保持油源压力稳定，减小油源压力的波动。一般的液压伺服系统的液压源中， 都设有蓄能器吸 收油源的压力和脉动， 提高其响应力。 5 6