半鋼輪胎模具上蓋有限元模擬探討

楊巧玲

摘要：在有限元模擬技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛的今天，人們逐漸將有限元模擬技術(shù)布局在傳統(tǒng)工程類學(xué)科相關(guān)的領(lǐng)域之上。而在汽車工程學(xué)科相關(guān)的應(yīng)用上，由于施工嘗試的限制以及設(shè)備設(shè)施的不夠完善等原因，很多涉及到儀器使用和設(shè)備應(yīng)用的相關(guān)模擬施工內(nèi)容不能進(jìn)行深刻而有效的開展。基于有限元模擬技術(shù)，可以將更多的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行模擬操作分析，在提升機(jī)械設(shè)備應(yīng)用能力的同時(shí)，能夠?qū)⒏嘣O(shè)備使用方法和理論知識(shí)高效的應(yīng)用在實(shí)際的模擬檢測(cè)過程中，對(duì)于今后測(cè)繪類工程分析、模擬和設(shè)計(jì)工程的變革具有重大影響。電半鋼輪胎模具上蓋由于廣泛應(yīng)用于大型機(jī)械設(shè)備、汽車生產(chǎn)、輪胎加工等領(lǐng)域而在實(shí)際的操作、模擬和分析中作為工程模擬的重難點(diǎn)需要工人掌握，本文以設(shè)計(jì)開發(fā)半鋼輪胎模具上蓋有限元模擬為藍(lán)本進(jìn)行了較為全面的探討。

關(guān)鍵詞：半鋼輪胎模具;上蓋;有限元;模擬

半鋼輪胎又名半鋼子午胎，是胎體簾線按子午線方向排列，有簾線周向排列或接近周向排列的緩沖層緊緊箍在胎體上的一種新型輪胎。它由胎面、胎體、胎側(cè)、緩沖層（或帶束層）、胎圈、內(nèi)襯層（或氣密層）六個(gè)主要部分組成。半鋼輪胎在實(shí)際的汽車應(yīng)用過程中容易受到外界溫度、摩擦阻力以及其他相關(guān)壓力影響從而產(chǎn)生變形、消耗和損傷。因此有必要針對(duì)目前的半鋼輪胎模具上蓋的設(shè)計(jì)工藝進(jìn)行有限元模擬探討，從而提高半鋼輪胎模具上蓋的使用效率。

一、半鋼輪胎模具上蓋設(shè)計(jì)有限元模擬框架

有限元模擬在使用的過程中會(huì)接觸到大量的設(shè)備儀器，對(duì)于設(shè)備儀器的使用原理以及操作流程的掌握十分重要。而在應(yīng)用范圍最為廣泛的電腦3D模擬模型分析過程中由于儀器本身設(shè)計(jì)工藝的技巧和原理導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用過程中，只能以觀摩、課本書目上的圖解來進(jìn)行抽象性的了解，對(duì)于半鋼輪胎模具上蓋所要求的受力分析、上表面積結(jié)果裝配形式以及金屬的剛性分析要求相去甚遠(yuǎn)。因此，在應(yīng)用半鋼輪胎模具上蓋進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)的時(shí)候主要按照有限元模擬的框架進(jìn)行布局：

第一，根據(jù)半鋼輪胎模具實(shí)際測(cè)量特點(diǎn)和受力原理，對(duì)半鋼輪胎模具的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行分解、設(shè)計(jì)、再分解、再設(shè)計(jì);

第二，結(jié)合ABAQUS軟件等專業(yè)性較強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣、操作易上手的有限元模擬技術(shù)制作軟件進(jìn)行模型開發(fā)設(shè)計(jì);

第三，對(duì)設(shè)計(jì)完畢的半鋼輪胎模具上蓋進(jìn)行設(shè)備測(cè)驗(yàn)與調(diào)試，在內(nèi)外細(xì)節(jié)，有限元模擬流程上盡量保持與原設(shè)備的一致;

第四，對(duì)通過測(cè)試的半鋼輪胎模具上蓋小規(guī)模投入實(shí)際的操作使用，在實(shí)際操作中對(duì)半鋼輪胎模具上蓋進(jìn)行跟蹤式反饋調(diào)研，分析出現(xiàn)的問題，并進(jìn)行綜合改進(jìn);

第五，對(duì)改進(jìn)調(diào)試后的半鋼輪胎模具上蓋進(jìn)行大規(guī)模投入使用，并將半鋼輪胎模具上蓋的開發(fā)設(shè)計(jì)流程應(yīng)用與其他設(shè)施設(shè)備的有限元模擬開發(fā)設(shè)計(jì)之上。

二、半鋼輪胎模具上蓋有限元模擬應(yīng)用

半鋼輪胎模具上蓋作為廣泛應(yīng)用于汽車輪胎、大型運(yùn)輸設(shè)備承載以及輪胎應(yīng)用等方面的專業(yè)制作設(shè)計(jì)儀器，其功能主要在于對(duì)半鋼輪胎模具上蓋與水機(jī)位置的確定以及輪胎的硫化成型中對(duì)方向、距離的矯正。而設(shè)計(jì)用于半鋼輪胎模具上蓋的有限元模擬的主要功能有如下幾種：

第一種、設(shè)備設(shè)施的使用原理拆解

在有限元模擬技術(shù)下，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中無法做到的操作，比如將半鋼輪胎模具上蓋進(jìn)行拆解，按照工作原理的運(yùn)作方式，將組裝、整合的流程直觀的呈現(xiàn)在車輛工程設(shè)計(jì)師的眼中。這對(duì)于幫助工程師更好的理解半鋼輪胎模具的用途、幫助生產(chǎn)加工工人更好的理解半鋼輪胎模具的操作方式會(huì)起到良好的促進(jìn)效果。在設(shè)計(jì)建模過程中要注意對(duì)半鋼輪胎模具各部件的還原，在測(cè)量比例上做到精準(zhǔn)無誤，并在不影響有限元模擬的基礎(chǔ)上提高半鋼輪胎模具使用的效率。

第二種、簡(jiǎn)單應(yīng)用于汽車工程模擬

在模擬半鋼輪胎模具上蓋建成之后可以將其應(yīng)用在一些簡(jiǎn)單的實(shí)際場(chǎng)所之中進(jìn)行應(yīng)用，如半鋼輪胎模具上蓋的受力面積分析、半鋼輪胎模具上蓋的等位移差值距離測(cè)定等，通過有限元的技術(shù)模擬出一些場(chǎng)景，讓工人用模擬出的半鋼輪胎模具上蓋進(jìn)行簡(jiǎn)單的生產(chǎn)加工工作，學(xué)會(huì)對(duì)誤差的修正和操作上的調(diào)整。對(duì)場(chǎng)景化的模擬要做到真實(shí)可靠，在投入運(yùn)營之前要對(duì)各項(xiàng)測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)，避免出現(xiàn)與實(shí)地操作相差很遠(yuǎn)的情況。在模擬結(jié)束后對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行及時(shí)的反饋和修正，在操作過程中出現(xiàn)的問題也要進(jìn)行記錄。

第三種、理論知識(shí)與實(shí)踐操作結(jié)合

有限元模擬技術(shù)的應(yīng)用可以在結(jié)合相關(guān)的固定因素分析的基礎(chǔ)上，以控制有效變量的方式進(jìn)行實(shí)操，對(duì)半鋼輪胎模具上蓋建成效果進(jìn)行檢驗(yàn)，然后在實(shí)踐操作中進(jìn)一步理解到半鋼輪胎模具上蓋建成以外的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)。也只有通過有限元模擬仿真技術(shù)，才能做到較為真實(shí)的還原，并在可控的成本之下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的測(cè)量。

三、半鋼輪胎模具上蓋有限元模擬實(shí)踐

針對(duì)半鋼輪胎模具上蓋有限元模擬過程中產(chǎn)生的誤差原因，可以進(jìn)行如下幾個(gè)方面的改進(jìn)：

首先，在對(duì)超低比轉(zhuǎn)速受力設(shè)備使用之前進(jìn)行檢查，從半鋼輪胎模具上蓋加工泵體本身是否牢固、離心泵中心是否偏離、轉(zhuǎn)子中心是否穩(wěn)靠以及軸承線路是否安裝準(zhǔn)確等方面進(jìn)行全方位的檢查，確認(rèn)無誤后方可投入使用;

其次，在使用過程中要注意，對(duì)于半鋼輪胎模具上蓋機(jī)械泵內(nèi)空氣的控制，在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中要對(duì)泵體的溫度進(jìn)行隨時(shí)監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)水蒸氣進(jìn)入泵內(nèi)而導(dǎo)致汽蝕現(xiàn)象的發(fā)生?？梢栽诎脘撦喬ツ＞呱仙w外部加裝溫度冷卻控制塔，定期對(duì)半鋼輪胎模具上蓋的表面進(jìn)行淋灌操作，保證半鋼輪胎模具上蓋受力離心泵在合適的溫度范圍內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn);

最后，對(duì)超低比轉(zhuǎn)速離心泵內(nèi)部的泵葉進(jìn)行改裝，由原有的光滑表面設(shè)計(jì)改換為多孔復(fù)合葉面的形式，一方面多個(gè)孔位可以對(duì)液體進(jìn)行高效引流，同時(shí)有利于吸收一定程度的噪音，另一方面，復(fù)合葉面的設(shè)計(jì)能夠?qū)⑺鲗?duì)葉面產(chǎn)生的對(duì)半鋼輪胎模具上蓋擊打力度降到最低，有效改善了受力不均衡的問題。

四、結(jié)束語

在半鋼輪胎模具上蓋的有限元模擬過程中需要注意，由于上蓋與閉滑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的慣性離心力，在設(shè)備內(nèi)積累的液體勢(shì)能會(huì)對(duì)離心設(shè)備的內(nèi)壁造成影響，因此在使用之前一定要將需要設(shè)備出的液體，如工業(yè)用水、液態(tài)化工原料完全填滿離心設(shè)備，這樣才能在保證穩(wěn)定性的前提之下發(fā)揮離心設(shè)備的最大工作效率。此外，以超低比轉(zhuǎn)速離心設(shè)備為核心液壓設(shè)備出裝置的大型機(jī)組中，可以對(duì)半鋼輪胎模具上蓋的內(nèi)部葉輪進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，將原有的單層固定設(shè)備葉更換為多層復(fù)合設(shè)備葉，這樣會(huì)在離心設(shè)備內(nèi)部上下不同層次產(chǎn)生離心力，避免了單一葉輪對(duì)離心力的集中而導(dǎo)致穩(wěn)定性不夠的問題。還可以對(duì)半鋼輪胎模具上蓋的轉(zhuǎn)速進(jìn)行一定的調(diào)整，對(duì)不同密度和容積的液體采用不同頻率的轉(zhuǎn)速，從而提高穩(wěn)定性，減少無謂的功耗損失。

注釋：趙蘭英，李忠濤.半鋼子午胎高溫硫化熱工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及改進(jìn)[C]?? //全國橡膠技術(shù)與裝備賽象杯論文報(bào)告會(huì).1999.

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