基于有限元分析的绉片机辊筒横压力的数学模型研究

论文摘要

随着天然橡胶初加工工业的发展,天然橡胶初加工设备开始向大型化、自动化、多样化发展,尤其是向大型化的发展。提高生产效率,能以低成本创高质量的产品,更具竞争力,生产设备大型化低成本已是必然趋势。但是,无论是已经批量生产的绉片机,还是正在研制开发阶段的绉片机,它们都是在现有绉片机机型设计的经验基础上进行放大,没有对其进行科学的理论分析。在辊筒横压力大小的确定上,只是停留在依据经验设计,至今没有一套理论上准确的设计公式,这也阻碍了绉片机向大型化,低成本方向的发展。论文针对西双版纳橡胶机械厂ZP-350×700型绉片机进行动力学研究,在查阅相关文献的基础上,基于橡胶的弹塑性变形理论,建立辊筒横压力数学模型。并以弹塑性有限元理论为基础,借助ANSYS/LS-DYNA强大的有限元分析功能和PRO/E的建模功能,利用LS-PREPOST方便直观的后处理功能,对绉片机绉片成形过程进行有限元模拟仿真。建立光辊有限元仿真模型,对胶料绉片过程进行显式动力学仿真分析,对胶料的变形情况、速度情况、应力应变状态、辊隙间速度分布情况以及辊筒受力情况与辊筒横压力数学模型得出的结果进行比较分析,得知该有限元模型具有一定的准确性及可行性。在光辊有限元仿真模型的基础上,建立表面带有菱形花纹的绉片机花纹辊筒有限元仿真模型,分析了绉片机在绉片过程中的应力、应变情况,对不同辊距条件下辊筒的受力情况进行了分析,对光辊辊筒横压力数学模型进行了调整、修正,最后确定了绉片机的辊筒横压力数学模型,并且针对绉片机辊筒表面菱形花纹大小对辊筒横压力的影响作出了分析。利用绉片机辊筒横压力计算模型及绉片机的功率计算方法给出了推荐的绉片机系列电机驱动功率参数,为绉片机大型化合理选择电机功率提供了参考。论文所运用的研究方法和得出的绉片机辊筒横压力数学模型对新型绉片机的设计及其电机选型能起到积极的指导和推动作用,具有较大的实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 天然橡胶及橡胶机械的发展与研究现状
• 1.1.1 天然橡胶概述
• 1.1.2 天然橡胶的制造
• 1.1.3 橡胶机械及其在橡胶工业中的作用
• 1.1.4 橡胶机械的发展及我国的现状
• 1.1.5 国内外研究现状
• 1.2 课题的提出
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 绉片机及其主要性能参数
• 2.1 概述
• 2.2 绉片机基本结构
• 2.3 工作原理
• 2.4 绉片机的主要性能参数
• 2.4.1 辊筒直径与辊筒长度
• 2.4.2 辊筒工作速度、速比与速度梯度
• 2.4.3 辊筒横压力
• 2.4.4 辊距
• 2.4.5 传动功率
• 2.4.6 生产能力
• 2.5 本章小结
• 第三章 弹塑性有限元理论
• 3.1 橡胶弹塑性变形
• 3.2 橡胶的弹塑性有限元方法
• 3.3 LS-DYNA显式动力算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于LS-DYNA的绉片过程有限元模拟
• 4.1 ANSYS/LS-DYNA简介
• 4.2 有限元分析绉片过程步骤
• 4.2.1 几何模型建立
• 4.2.2 单元选择
• 4.2.3 材料模型及选用
• 4.2.4 模型网格划分
• 4.2.5 接触定义
• 4.2.6 载荷、初始条件
• 4.2.7 求解控制
• 4.3 本章小结
• 第五章 绉片机辊筒横压力的数学模型研究
• 5.1 横压力的概念及其研究现状
• 5.2 横压力的计算方法研究
• 5.3 辊筒横压力计算结果与仿真结果分析
• 5.3.1 绉片过程的变形速度分析
• 5.3.2 绉片过程中的应力应变
• 5.3.3 胶料与辊筒的受力情况分析
• 5.3.4 不同辊距时仿真结果与计算结果比较
• 5.4 带花纹辊筒模拟仿真分析
• 5.4.1 绉片过程中的应力应变
• 5.4.2 胶料与辊筒的受力情况分析
• 5.4.3 不同辊距时仿真结果与计算结果比较
• 5.5 辊筒菱形花纹大小对横压力的影响
• 5.6 本章小结
• 第六章 绉片机电机驱动功率的研究
• 6.1 绉片机功率计算及影响因素
• 6.2 绉片机电机功率
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论及展望
• 7.1 论文研究的主要工作
• 7.2 论文的创新点及主要结论
• 7.3 研究中存在的问题及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文目录