半钢轮胎模具上盖有限元模拟探讨

杨巧玲

摘要：在有限元模擬技术应用越来越广泛的今天，人们逐渐将有限元模拟技术布局在传统工程类学科相关的领域之上。而在汽车工程学科相关的应用上，由于施工尝试的限制以及设备设施的不够完善等原因，很多涉及到仪器使用和设备应用的相关模拟施工内容不能进行深刻而有效的开展。基于有限元模拟技术，可以将更多的设施设备进行模拟操作分析，在提升机械设备应用能力的同时，能够将更多设备使用方法和理论知识高效的应用在实际的模拟检测过程中，对于今后测绘类工程分析、模拟和设计工程的变革具有重大影响。电半钢轮胎模具上盖由于广泛应用于大型机械设备、汽车生产、轮胎加工等领域而在实际的操作、模拟和分析中作为工程模拟的重难点需要工人掌握，本文以设计开发半钢轮胎模具上盖有限元模拟为蓝本进行了较为全面的探讨。

关键词：半钢轮胎模具;上盖;有限元;模拟

半钢轮胎又名半钢子午胎，是胎体帘线按子午线方向排列，有帘线周向排列或接近周向排列的缓冲层紧紧箍在胎体上的一种新型轮胎。它由胎面、胎体、胎侧、缓冲层（或带束层）、胎圈、内衬层（或气密层）六个主要部分组成。半钢轮胎在实际的汽车应用过程中容易受到外界温度、摩擦阻力以及其他相关压力影响从而产生变形、消耗和损伤。因此有必要针对目前的半钢轮胎模具上盖的设计工艺进行有限元模拟探讨，从而提高半钢轮胎模具上盖的使用效率。

一、半钢轮胎模具上盖设计有限元模拟框架

有限元模拟在使用的过程中会接触到大量的设备仪器，对于设备仪器的使用原理以及操作流程的掌握十分重要。而在应用范围最为广泛的电脑3D模拟模型分析过程中由于仪器本身设计工艺的技巧和原理导致在实际应用过程中，只能以观摩、课本书目上的图解来进行抽象性的了解，对于半钢轮胎模具上盖所要求的受力分析、上表面积结果装配形式以及金属的刚性分析要求相去甚远。因此，在应用半钢轮胎模具上盖进行设计开发的时候主要按照有限元模拟的框架进行布局：

第一，根据半钢轮胎模具实际测量特点和受力原理，对半钢轮胎模具的内部构造进行分解、设计、再分解、再设计;

第二，结合ABAQUS软件等专业性较强、应用范围广、操作易上手的有限元模拟技术制作软件进行模型开发设计;

第三，对设计完毕的半钢轮胎模具上盖进行设备测验与调试，在内外细节，有限元模拟流程上尽量保持与原设备的一致;

第四，对通过测试的半钢轮胎模具上盖小规模投入实际的操作使用，在实际操作中对半钢轮胎模具上盖进行跟踪式反馈调研，分析出现的问题，并进行综合改进;

第五，对改进调试后的半钢轮胎模具上盖进行大规模投入使用，并将半钢轮胎模具上盖的开发设计流程应用与其他设施设备的有限元模拟开发设计之上。

二、半钢轮胎模具上盖有限元模拟应用

半钢轮胎模具上盖作为广泛应用于汽车轮胎、大型运输设备承载以及轮胎应用等方面的专业制作设计仪器，其功能主要在于对半钢轮胎模具上盖与水机位置的确定以及轮胎的硫化成型中对方向、距离的矫正。而设计用于半钢轮胎模具上盖的有限元模拟的主要功能有如下几种：

第一种、设备设施的使用原理拆解

在有限元模拟技术下，可以实现在现实生活中无法做到的操作，比如将半钢轮胎模具上盖进行拆解，按照工作原理的运作方式，将组装、整合的流程直观的呈现在车辆工程设计师的眼中。这对于帮助工程师更好的理解半钢轮胎模具的用途、帮助生产加工工人更好的理解半钢轮胎模具的操作方式会起到良好的促进效果。在设计建模过程中要注意对半钢轮胎模具各部件的还原，在测量比例上做到精准无误，并在不影响有限元模拟的基础上提高半钢轮胎模具使用的效率。

第二种、简单应用于汽车工程模拟

在模拟半钢轮胎模具上盖建成之后可以将其应用在一些简单的实际场所之中进行应用，如半钢轮胎模具上盖的受力面积分析、半钢轮胎模具上盖的等位移差值距离测定等，通过有限元的技术模拟出一些场景，让工人用模拟出的半钢轮胎模具上盖进行简单的生产加工工作，学会对误差的修正和操作上的调整。对场景化的模拟要做到真实可靠，在投入运营之前要对各项测定数据进行检验，避免出现与实地操作相差很远的情况。在模拟结束后对模拟结果进行及时的反馈和修正，在操作过程中出现的问题也要进行记录。

第三种、理论知识与实践操作结合

有限元模拟技术的应用可以在结合相关的固定因素分析的基础上，以控制有效变量的方式进行实操，对半钢轮胎模具上盖建成效果进行检验，然后在实践操作中进一步理解到半钢轮胎模具上盖建成以外的经验与知识。也只有通过有限元模拟仿真技术，才能做到较为真实的还原，并在可控的成本之下实现高质量的测量。

三、半钢轮胎模具上盖有限元模拟实践

针对半钢轮胎模具上盖有限元模拟过程中产生的误差原因，可以进行如下几个方面的改进：

首先，在对超低比转速受力设备使用之前进行检查，从半钢轮胎模具上盖加工泵体本身是否牢固、离心泵中心是否偏离、转子中心是否稳靠以及轴承线路是否安装准确等方面进行全方位的检查，确认无误后方可投入使用;

其次，在使用过程中要注意，对于半钢轮胎模具上盖机械泵内空气的控制，在运转过程中要对泵体的温度进行随时监测，避免出现水蒸气进入泵内而导致汽蚀现象的发生。可以在半钢轮胎模具上盖外部加装温度冷却控制塔，定期对半钢轮胎模具上盖的表面进行淋灌操作，保证半钢轮胎模具上盖受力离心泵在合适的温度范围内运转;

最后，对超低比转速离心泵内部的泵叶进行改装，由原有的光滑表面设计改换为多孔复合叶面的形式，一方面多个孔位可以对液体进行高效引流，同时有利于吸收一定程度的噪音，另一方面，复合叶面的设计能够将水流对叶面产生的对半钢轮胎模具上盖击打力度降到最低，有效改善了受力不均衡的问题。

四、结束语

在半钢轮胎模具上盖的有限元模拟过程中需要注意，由于上盖与闭滑结构所产生的惯性离心力，在设备内积累的液体势能会对离心设备的内壁造成影响，因此在使用之前一定要将需要设备出的液体，如工业用水、液态化工原料完全填满离心设备，这样才能在保证稳定性的前提之下发挥离心设备的最大工作效率。此外，以超低比转速离心设备为核心液压设备出装置的大型机组中，可以对半钢轮胎模具上盖的内部叶轮进行适当调整，将原有的单层固定设备叶更换为多层复合设备叶，这样会在离心设备内部上下不同层次产生离心力，避免了单一叶轮对离心力的集中而导致稳定性不够的问题。还可以对半钢轮胎模具上盖的转速进行一定的调整，对不同密度和容积的液体采用不同频率的转速，从而提高稳定性，减少无谓的功耗损失。

注释：赵兰英，李忠涛.半钢子午胎高温硫化热工系统的设计及改进[C]   //全国橡胶技术与装备赛象杯论文报告会.1999.

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