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轮胎直压硫化机的优化设计及工艺研究

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摘要

符号说明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 轮胎硫化设备概述

1.2.1 硫化原理简述

1.2.2 轮胎硫化设备的发展

1.2.3 轮胎定型硫化机的发展与创新

1.3 硫化工艺的发展及研究

1.3.1 硫化工艺的改进

1.3.2 国外工艺技术进展

1.4 课题研究意义与内容

第二章 直压定型硫化机整机方案设计与分析

2.1 直压硫化技术与整机方案

2.1.1 直压硫化技术

2.1.2 直压硫化整机方案

2.2 整机静力学参数设定及求解

2.2.1 静力学理论

2.2.2 直压硫化机三维模型建立

2.2.3 网格划分及边界条件设置

2.2.4 整机模拟结果分析

2.3 抱闸机构的设计

2.3.1 抱闸导向机构参数设定

2.3.2 抱闸机构运动学分析

2.3.3 抱闸机构模拟结果分析

2.4 本章小结

第三章 单模轮胎直压硫化机结构优化设计

3.1 优化设计原理与分析过程

3.1.1 原理介绍

3.1.2 分析步骤

3.2 上箱体形状优化设计

3.2.1 上箱体结构改良

3.2.2 上箱体模型分析与变量确定

3.2.3 上箱体响应面分析

3.2.4 上箱体形状优化结果分析

3.3 下箱体形状优化设计

3.3.1 下箱体结构改良

3.3.2 下箱体模型分析与变量确定

3.3.3 下箱体响应面分析

3.3.4 下箱体形状优化结果分析

3.4 底部支座拓扑优化设计

3.5 本章小结

第四章 直压硫化机电磁加热方案设计与实验研究

4.1 直压硫化内外模具电磁加热方案

4.1.1 内模电磁加热方案设计

4.1.2 外模电磁加热方案设计

4.2 直压硫化机主机体加热方案

4.3 磁芯缠绕式线圈加热方式研究

4.3.1 磁芯缠绕式线圈涡流场分析

4.3.2 磁芯缠绕式线圈加热实验方案设计

4.3.3 磁芯缠绕式线圈加热结果分析

4.4 本章小结

第五章 轮胎直压硫化工艺研究

5.1 实验方案

5.1.1 胶囊硫化工艺

5.1.2 直压硫化工艺

5.1.3 测温点选取

5.1.4 实验设备与步骤

5.2 不同工艺温升对比结果分析

5.2.1 外部测温点温升结果分析

5.2.2 内部测温点温升结果分析

5.3 两种工艺硫化程度分析

5.3.1 活化能计算

5.3.2 硫化程度计算

5.4 技术优势与成本分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究工作总结

6.2 研究工作展望

参考文献

致谢

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作者及导师简介

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摘要

汽车工业不断蓬勃发展的同时,对轮胎产品提出了更高的要求,在我国加强创新体系建设,强化科技力量战略的大背景下,推动轮胎制造的产业技术优化升级,推出高等级轮胎产品是发展的必经之路。硫化环节是轮胎制造工艺的最后一步,直接决定产品的质量优劣,传统硫化工艺采用胶囊结构与蒸汽加热的方式,造成轮胎上下模温度差异较大,影响轮胎使用性能,同时胶囊使用寿命较低,工艺耗能严重,硫化成本高昂。
  本论文基于单模直压硫化样机,设计了全新的抱闸机构,采用优化设计的思想对整机重要部件进行了优化分析,同时结合现有工艺制定了直压硫化工艺,采用电磁加热方式,进行了硫化测温实验,提高了硫化效率,使硫化过程的综合成本大幅降低。
  (1)针对直压硫化工艺的技术原理,基于单模直压定型硫化机样机,设计了与之相匹配的关键部件抱闸机构,确定了机构的尺寸参数,设计了抱闸新型的传动机构,完成了二维图的绘制,采用ADAMS对其进行运动学仿真,确定设计的结构具有良好的同步性与合理性。
  (2)结合现有样机问题与产业化需求,对整机重要部件进行轻量化优化设计,基于ANSYS Workbench对整机进行静力学分析,发现部件存在问题,与UG耦合重新建立模型,对上下箱体采用形状优化分析,对底部支座采用拓扑优化分析。同时优化后的部件结构较原来有所简化,节约了工艺制造成本,实现轻量化,为双模直压硫化机的产业化打下了基础。
  (3)对直压硫化的电磁加热方案进行设计,包括内模结构、外模结构和机身上下热板。对比了热板线盘缠绕式与磁芯缠绕式的加热方案,并对磁芯缠绕式的加热方案进行了测温实验,显示通过控制磁芯个数与距离可以有效的控制温度分布,形成稳定温度场。
  (4)设计直压硫化的工艺条件,在直压硫化机上通过对轮胎的硫化测温实验,与原胶囊工艺进行比较分析,其结果显示直压工艺具有更快的加热速率,减少了上下模测温点的温差,通过计算等效硫化时间和硫化程度,可以发现对于255/30R22轮胎的硫化关键部位是胎肩处,直压工艺提高了各部分胶料的硫化程度使其更加接近最优范围,提升了轮胎的质量,制定工艺符合实际生产要求,同时直压技术具有节约能源,降低污染,减少成本的经济优势,适合产业化的推广。

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