钢丝缠绕拱梁立柱全剖分——坎合机架

重型承载机架是重型设备的关键部件,其整体制造触及到众多工艺和技术的极限能力,已成为重型工程的瓶颈。通过分析钢丝缠绕预应力承载机架的发展及其应用特性,提出基于钢丝缠绕预应力的重型拱梁立柱全剖分—坎合承载机架设计路线,以期解决200 MN级以上液压机主承载机架的制造难题。以400 MN单缸单牌坊模锻液压机承载机架的设计为例案,通过对其1∶10模型试验及有限元建模对比,分析拱梁立柱全剖分—坎合机架在特定力系(中心载荷、偏心载荷等)作用下的变形特性和承载能力,得出在一定的预紧系数下,拱梁立柱全剖分—坎合机架与整体机架在变形特性和承载能力方面具有相似性。因此对于承载达到200 MN以上的单牌坊机架,建议采用此结构。这一结构的应用将直接推动重型液压机及相关装备行业的发展。     

预应力钢丝缠绕机架坎合梁的整体性分析

分析预应力钢丝缠绕机架坎合梁的承载原理和影响其承载能力的因素。采用Patran/Marc有限元软件,分析加载载荷和剖分界面抗剪系数对钢丝缠绕预应力机架中的坎合梁整体性的影响。进行350 MN涡轮盘模锻液压机模型对比试验。数值模拟和模型试验结果一致,表明当梁的剖分界面不采取坎合处理,完全靠自然摩擦保持其完整性时,机架在预紧状态能保持很好的完整性,但在合成状态,会产生错移;当剖分面经过坎合处理后,界面抗错移能力大大提高,机架在最大工作载荷下依然能够保持很好的完整性。     

缠绕式挤压筒结构及缠绕层预应力分析

在大吨位挤压机的挤压筒结构设计中,预应力钢丝缠绕式剖分-组合挤压筒与传统挤压筒相比具有质量小、抗疲劳能力好、制造简单与成本低的优势。为了进一步减小质量,尝试设计一种斜端面的钢丝缠绕式剖分-组合挤压筒结构。这种结构在大质量支撑原理的作用下使缠绕层对芯筒的预紧能力显著增强。对斜端面芯筒的几何参数进行结构优化设计,得到确定最佳芯筒尺寸的方法。通过数值模拟比较得到,在相同的工作内压下,斜端面结构和平端面结构在预紧状态或工作状态下的芯筒应力分布基本相同,但斜端面结构的外径与芯筒质量小于平端面结构,且所需预紧力更小,对应的缠绕层钢丝使用量也可以减少,从两方面降低挤压筒模具的材料成本和制造难度。     

重型机械领域中的预应力坎合连接原理及应用

预应力坎合连接技术是在重型机械领域中的一种剖分后的组合技术.在自然界中,由于生物长期进化的自适应性使生物能够产生很好的微观机械阻挡,从而形成连接的效应;在机械领域中,则需要通过高的表面接触应力,形成接触区的全塑性变形,达到双尺度机械阻挡和粘着效应,从而提高界面的抗剪能力.从生物学、弹塑性接触力学以及粘着理论的角度分析预应力坎合的基本原理,并用有限元和试验分析弹塑性接触和坎合结构的形成.在预应力坎合作用下,剖分件在预应场的作用下形成具有承载能力的整体件.此外,还介绍了预应力坎合原理在重型机械领域中的应用情况.     

重型液压设备承载结构连接形式

在回顾预应力钢丝缠绕液压机的发展和现状的基础上,抽象出液压机的基本力学模型,指出重型设备工程领域常用的三种连接结构形式,即冶金结合结构、键合结构和坎合结构。分别从连接形式、力学特征和应用特性等多方面对其进行了全面比较分析,阐明了各种结合结构的优缺点,同时也阐明了坎合结构在重型承载中的应用优势。通过例举我国多台自主建造的万吨级重型压机实施情况,说明坎合原理及其技术在重型压机中已经得到广泛应用,在重型装备等行业中具有巨大潜在市场。     

钢丝缠绕重型模锻液压机坎合结构的疲劳和寿命预测

剖分坎合是钢丝缠绕液压机的关键技术,坎合副的抗剪性及其抗疲劳性对模锻液压机使役期间保持机架完整性至关重要。坎合原理及抗疲劳性方面研究工作的不足限制了该技术的推广和应用。设计坎合疲劳试验夹具,对液压机本体小试样坎合结构进行切向等幅循环载荷疲劳试验。分析坎合结构切向循环载荷条件下三个阶段的载荷-位移循环特性;建立坎合结构疲劳指数模型,当载荷比R=0.1时,坎合结构疲劳量纲一载荷极限为tmax*F=0.74;研究量纲一切向载荷幅值与均值a m-**F F关系,得到坎合结构疲劳等寿命曲线;提出基于Miner线性累积损伤理论的坎合结构疲劳累积损伤准则。实现了钢丝缠绕模锻液压机坎合结构的安全性评估和寿命预测。     

大型8万吨重型模锻液压机项目落户西安

8万吨重型模锻液压机目前落户西安阎良国家航空高技术产业基地，将对我国航空基地的整机制造产业起到重大作用。8万吨重型模锻液压机由清华大学研究设计，主要采用预应力坎合技术和钢丝缠绕预应力结构，是我国拥有自主知识产权的重大装备项目。其主要加工对象是高变形抗力的高温合金大型模锻件，     

钢丝缠绕黑色金属挤压筒的设计

挤压筒是大口径厚壁无缝钢管热挤压工艺中最为重要的模具,传统的多层组合挤压筒设计方法面临很大挑战。提出采用钢丝缠绕预紧挤压筒的方案,由于钢丝在高温下存在蠕变加速和应力松弛,将钢丝缠绕技术应用于挤压筒的最大问题是解决挤压筒预热与钢丝防护之间的矛盾。针对此矛盾,分析钢丝缠绕挤压筒设计中的关键问题包括预热、钢丝防护和预应力分布控制,提出高温钢锭内置预热和电加热预热两种设计方案,分别分析两种设计方案存在的问题、解决方法和优缺点。针对电加热预热挤压筒,提出新型的热致预应力方法来产生预紧力,将内衬和中衬预热至350℃以上,中衬和外衬之间设有隔热层,经隔热后外衬和钢丝层温度低于80℃,利用两者之间温度差而导致的热膨胀量差值来产生预紧力。基于此想法,设计制造内直径170 mm的挤压筒原理样件,通过温度测试和应力测试,表明所提出的电加热预热挤压筒可达到预期的预紧效果,为挤压筒的设计探讨一种新型的设计方法。     

基于有限元的大型模锻压力机钢丝缠绕动梁预应力测试

预应力检测对重型压机钢丝缠绕工艺来说至关重要。钢丝缠绕压机动梁结构复杂,缠绕时表面应力场分布无明显规律,测试难度大,目前动梁缠绕工艺的应力测试尚属空白,给工艺质量评价及工艺控制带来不便。应用有限元法对400 MN航空模锻压机动梁缠绕进行模拟,研究动梁缠绕时端面的应力场分布特征,确定动梁端面存在环形的径向、周向单向应力区,据此制定应变测量贴片方案,解决了重型压机动梁缠绕过程中预应力测试的难题。有限元计算结果与试验结果基本吻合,确保动梁缠绕工艺质量达到设计要求,也证实了这种基于有限元的应力测试方法的可行性。该方法对于其他复杂工程结构的应力测试具有借鉴意义。     

多向模锻制造技术及其装备研制

多向模锻又称为多柱塞模锻,可以在一次加热和压机一次行程中完成复杂形状、特别是带内腔或凹凸外形锻件的锻造。其锻件的性能好,并可提高材料利用率1倍以上,减少后续切削加工量。因此,多向模锻是一种精密优质、节能省材的绿色锻造技术。但大、中型多向模锻需要的重型多向模锻液压机,要能够在水平和垂直两个方向提供压制力。与普通液压机比较,多向模锻液压机在承载机架的设计与制造上存在较大的难度。针对此关键技术问题,提出基于预应力钢丝缠绕的"正交预紧机架"结构。利用预应力钢丝缠绕,对整体机架同时产生垂直和水平两个方向的预紧力,以平衡多向压制载荷。应用正交预紧机架设计制造的40 MN/64 MN多向模锻液压机,验证该新型结构的有效性和可行性。这一技术突破为在我国推广多向模锻制造技术,促进我国锻造行业的节能、减排和技术进步,奠定了技术保障。     

钢丝缠绕式重型液压油缸应力和变形分析

为得到钢丝缠绕式重型液压油缸在预应力状态和工作状态的应力和变形分布情况,建立了解析计算模型和有限元数值模型并进行了模拟计算和分析。结果表明:缸体的径向变形是轴向位置的函数,半径方向的应力是径向位置的函数。基于有限元数值模拟结果与解析计算结果在数值和变化趋势上均趋于一致,充分地证明了建模的正确性。基于钢丝缠绕重型油缸的整体有限元分析方法大大地降低了设计计算难度,提高计算结果的准确性,为结构的进一步优化和设计改进提供理论依据。     

钢丝缠绕予应力高压容器和冷挤压凹模在内压作用下内壁不出现拉应力的设计原理

钢丝或钢带缠绕予以应力高压容器或模具由芯筒和缠绕层两部分组成。缠绕层采用等剪应力方法充分利用了钢丝的强度,比采用等张或等切应力方法能承载更大的工作内压。芯筒多采用高强材料。为使芯筒不易开裂并提高疲劳寿命,要求在工作内压载荷下内壁不出现拉应力。本文提出满足这一要求的最佳设计方法和计算公式。     

骑马螺栓约束对少片钢板弹簧应力影响的试验研究

对汽车用两片钢板弹簧的紧固约束进行了试验研究.试验发现在不同的约束条件下骑马螺栓外侧板簧叶片应力分布、离散度变化在5%～8%,应力分布趋势相似,但骑马螺栓之间的叶片应力平均值变化较大,且随约束力的降低应力分布急剧增大,当约束减轻至一定界限时,其平均应力超过强度允许值.     

现代重型模锻液压机的关键技术

现代重型模锻液压机以极高的压制强度为特征。为了实现高强度压制、减小设备体积、减轻重量并且控制制造难度和成本,大吨位超高压预应力液压缸以及高强度、高可靠性、高疲劳寿命的预应力钢丝缠绕承载机架是重要的技术手段。超高压大间隙密封,可靠、无应力集中的液压缸结构,以及高承载能力的预应力设计是设计和制造大吨位超高压液压缸必须解决的关键技术问题。而预应力结构可以提高结构的抗疲劳性能,特别是预应力钢丝缠绕结构可充分发挥材料的强度潜力、减小结构体积和重量,降低加工制造难度和成本。     

带摆动机构的多线切割机控制系统研制

针对传统多线切割机只能手动绕线和切片过程中LED基材受力不均的局限性,用摆动机构替换原固定结构,增加自动绕线功能,提高了切片质量和效率以及金刚石线的利用率。分析机器改进之后的机械结构和工作原理,重点研究系统自动绕线和多电动机高速同步运行的两个难点问题。结合模糊控制和迭代学习控制的优点,给出带摆动机构的多线切割机线速度同步控制的模糊迭代学习控制策略,克服单一模糊控制的稳态误差,得到较好的控制效果。设计自动绕线的误差控制方案,当金刚石线没有嵌入槽内而绕在槽壁上时,该控制方案能迅速动作使金刚石线入槽。试验结果表明,系统自动绕线速度快,精度高,同步控制性能好。     

Research Review of Principles and Methods for Ultrasonic Measurement of Axial Stress in Bolts

Bolts are important fasteners indispensable in the manufacturing field for their advantages, which include convenient assembly and disassembly, easy maintenance, refastenability to prevent looseness, and the avoidance of a phase change in the connected material composition. The precise control of the tightening force in bolts is closely related to the safety and reliability of the connected equipment or structure. Although there are many methods for estimating the tightening force applied to a bolt during assembly, poor accuracy in controlling the preload during the tightening process and a lack of monitoring to determine the residual axial force in service remain issues in evaluating the safety of bolted assemblies. As a nondestructive testing technology, ultrasonic measurement can be applied to successfully address these issues. In order to help researchers understand the theoretical basis and technological development in this field and to equip them to conduct further in-depth research, in this review, the basic knowledge describing the state of stress and deformation of bolts, as well as conventional testing methods are summarized and analyzed. Then, through a review of recent research of the ultrasonic measurement of the axial stress in bolts, the influence of the e ective stressed length and temperature are analyzed and proposed methods of calibration and compensation are reviewed. In order to avoid coupling errors caused by traditional piezoelectric transducers, two newly proposed ultrasonic coupling technologies, the electromagnetic acoustic transducer(EMAT) and the permanent mounted transducer system(PMTS), are reviewed. Finally, the new direction of research of the detection of residual axial stress in in-service bolts that have been assembled to yield is discussed.     

35kV超导限流器中超导绕组骨架的设计

介绍了35 kV超导限流器中超导绕组骨架的设计思想.根据超导限流器的技术特点,超导绕组骨架为多层结构,采用每层单独制作,多层叠加的制作方法.超导线采用每层分别缠绕,多层串、并联的绕制方式.计算了从常温降到液氮温度时,超导线的收缩应力以及超导线收缩对骨架产生的应力.校核了限流器处于稳态运行及限流态时,由铁心漏磁引起的电动力.通过上述计算确认了骨架在各种工况下的稳定性.通过低温实验验证了超导骨架在低温下的稳定性.