压力机的技术参数

2024-10-10

压力机的技术参数（精选4篇）

1.压力机的技术参数篇一

参数化设计思想最早产生于美国, 从七十年代末就开始了研究, 起初属于二维参数化设计范畴。如美国的I-DEAS采用动态导航 (Dynamic Navigator) 作图, 用以捕捉设计意图, 在用户交互作图过程中确立图元之间的平行、垂直等约束关系。CV公司的Design View参数化设计软件采用先作图和标注尺寸, 然后用户交互制定哪些尺寸值可以显式修改, 哪些尺寸值固定不变或隐式修改。在国内, 中科院北京软件工程研制中心开发的PICAD, 其作图过程是首先勾画草图然后标注尺寸, 由用户输入参数表, 参数表的内容可以是数值, 也可以是表达式, 每改变一次参数就出一幅新图。由上海交大、南方CAD中心开发的智能化二维绘图系统, 作图首先是作草图, 由系统自动产生草图状态的几何变量。当设计师加完约束后, 系统根据约束状况产生联立方程组, 然后自动求解。变量化技术是参数化技术的进一步发展。变量化技术也是以几何约束系统来表示几何模型, 并通过求解几何约束系统的非线性方程组实现变量化模型的求解。在变量化图形的几何约束系统中, 几何约束方向没有确定, 在几何约束求解时经几何推理得到。与变量化建模相比, 参数化建模偏重于图形生成的过程, 记录信息是顺序生成的几何元素之间的约束关系, 这种记录过程与几何元素的生成次序有关。而变量化建模侧重于几何元素之间的约束关系, 即设计者包含在图形中的设计意图, 与设计的过程关系不大。变量化建模将各几何元素之间的约束关系转化为非线性约束方程组, 通过联立求解来重建图形, 因此变量化设计是允许欠约束的设计, 允许用户不必关心约束设置的顺序, 符合用户的设计习惯。严格意义讲, 参数化设计是变量化设计的子集。

2 参数化设计技术概述

参数化方法的本质即是基于约束的产品描述方法, 这是由于产品的整个设计过程就是约束规定, 约束变换求解以及约束评估的逐步求精过程。因此与传统设计方法的最大区别在于, 参数化设计方法通过基于约束的产品描述方法实际上存储了产品的设计过程, 因而它设计出一族而不是某个单一的产品。另外参数化设计能够使工程设计人员在产品设计初期无需考虑具体细节而能够尽快草拟零件形状和轮廓草图, 并可以通过局部修改和变动某些约束参数而不必对产品设计的全过程进行重新设计。

约束是参数化设计的核心。参数化设计的过程, 可以认为是一个约束指定、约束求解和约束满足的过程。约束一词在不同的领域中有不同的含义。在参数化领域里, 约束可以解释为特定元素之间必须满足的一组关系。跟约束密切相关的还有两个基本概念, 一个是自由度, 一个是约束的约束度。其可分为工程约束和几何约束两大类。

2.1 零件参数化设计

零件参数化设计主要有三种实现方法:

2.1.1 尺寸驱动法

它只考虑尺寸及拓扑约束, 不考虑工程约束。它采用预定义的办法建立图形的几何约束集, 并指定一组尺寸作为参数与几何约束集相联系。因此, 改变尺寸值就能改变图形。

尺寸驱动的几何模型由几何元素, 尺寸约束与拓扑约束三部分组成。此种方法, 有两个前提: (1) 模型已经存在; (2) 模型尺寸己经完全定义。

2.1.2 程序驱动

程序驱动, 其实就是通过程序按照模型建模顺序, 驱动CAD软件建模。它不仅考虑了尺寸约束及拓扑约束, 还考虑了工程约束。

它对设计人员的编程能力要求较高, 需要对CAD二次开发和编程语言掌握到一定程度。

与前者相比较, 程序驱动对用户CAD软件使用能力较低, 能提供友好的交互界面, 三维建模不受参数输入顺序影响。但是它也有不足之处, 在实现复杂零件参数化设计时, 程序一般过于复杂, 执行速度明显不如尺寸驱动, 对软硬件要求较高。因此, 我们建议采用第三种方法二者的结合。

2.1.3 尺寸驱动与程序驱动结合

该方法综合了前面两种方法的优点, 能提供友好的人机交互界面, 不受参数设置顺序限制, 响应速度快, 目前的主流微机配置都能满足。因此, 此种方法在CAD二次开发得到了广泛的应用。

2.2 部件参数化设计

部件级参数化设计有两种典型的方法, 即自底向上建模和自顶向下建模。

2.2.1 自底向上

该过程模仿实际机器的装配, 即把事先制造好的零件装配成部件, 再把零部件装配成机器。自底向上设计过程也是这样, 先构造好所有的零件模型, 再把零件模型装配成子部件, 然后再装配成机器, 产生最终的装配模型。

在自底向上的设计过程中, 如果在装配时发现某些零件不符合要求, 诸如零件与零件之间产生干涉, 某一零件根本无法进行安装等, 就要对零件进行重新设计, 重新装配, 再发现问题, 进行修改。从上述过程可以看出, 自底向上设计的优点是思路简单, 操作快捷、方便, 容易被大多数设计人员所理解和接受。但自底向上设计的缺点在于事先缺少一个很好的规划和全局的考虑, 设计阶段的重复工作较多, 会造成时间和人力资源的浪费, 工作效率较低。

2.2.2 自顶向下

自顶向下的设计过程是模仿实际产品的开发过程。首先进行功能分解, 通过设计计算将总功能分解成一系列的子功能, 确定每个子功能的参数;其次进行结构设计, 根据总的功能及各个子功能的要求, 设计出总体结构及确定各个子部件之间的位置关系, 连接关系, 配合关系, 而各种关系及其参数通过几何约束或功能的参数约束求解确定;然后分别对每个部件进行功能分解和结构设计, 直到分解至零件。当各零件设计完成时, 由于装配模型约束求解机制的作用, 整个机器的设计也就基本完成。

自顶向下与自底向上两种设计方法各有特点, 分别适用于不同的场合。例如, 在开展系列产品设计时, 机器的零部件结构相对稳定, 零件设计基础较好, 大部分的零件模型已经具备, 只需要补充部分设计或修改部分零件模型, 这时, 采用自底向上的设计方法就显得更为方便。而在创新性设计中, 事先对零件的结构细节不能非常明了, 设计时总是要从比较抽象笼统的装配建模开始, 边设计边细化, 边设计边修改, 逐步求精, 这时就很难开展自底向上的设计, 而必须采取自顶向下的设计方法。这样就可以使部件的各组件可以相互参照, 大部分的关联关系都由系统自动添加。

3 机械压力机参数化设计系统要求及体系结构

本系统设计的目的是以JH21-100为设计对象, 进行三维模型的参数化设计和主要零部件的优化计算, 提供一套开式曲柄压力机设计计算程序及三维参数化设计软件、主要零部件的优化计算模型及方法。

结合机械压力机的设计基本要求和特点, 本系统功能设计如下: (1) 产品三维模型的参数化。主要是根据主要性能参数 (滑块行程、行程次数等) 的要求, 对典型零部件 (曲轴, 滑块, 连杆, 齿轮传动, 机身等) 进行分析计算, 提炼出主要设计参数和关联参数, 实现参数化设计。 (2) 运用数据库管理技术对输入/输出参数进行管理。 (3) 主要零部件需要生成模型, 以便加工生产。 (4) 要有良好的人机交互界面, 方便用户操作。 (5) 机身等主要零部件的优化计算模型及方法。确定以减重为优化目标, 在满足性能要求的基础上, 对机身等主要零部件主要尺寸进行优化或对结构进行拓扑优化。

如图1所示, 系统由三大功能模块组成:基于Solidworks的参数化设计模块、基于有限元分析及优化的零部件性能分析及优化模块、以计算程序为主的数据库模块。本文介绍的参数化系统是由Solidworks的参数化设计模块和以计算程序为主的数据库模块组成。

参数化设计模块的基础是数据库, 参数化设计的结果作为零部件性能分析与优化的输入。参数化设计模块和数据库作为一整体打包在一起, 两者之间的数据传递在程序后台进行;零部件的性能分析与优化模块为独立模块, 与参数化设计模块之间的数据传递, 需用户手动完成。

摘要：本论文对机械压力机进行参数化设计:对压力机零件级设计以尺寸驱动与程序驱动结合的指导思路, 其中对标准件主要通过工程约束确定其型号, 对非标准件提取其技术参数和尺寸参数, 通过工程约束和几何约束相结合的方法确定其具体尺寸, 并且建立其模型;对部件级设计以“自底向上”为主, “自顶向下”为辅的指导思路, 自底向上主要通过数据库来传递关联的参数来实现, 而自顶向下主要通过添加方程式驱动实现。

关键词：机械压力机,Visual Basic6.0,SolidWorks,参数化设计,数据库

参考文献

[1]鲍新强, 高荣慧.锻压机典型零件的参数化设计[J].机械制造与自动化, 2007.1:2123.

2.基坑挡墙土压力模型参数的探讨篇二

1 土压力计算模型

充分考虑围护结构所受土压力与位移的非线性关系,文中提出如下土压力计算模型[1],位移与土压力关系曲线见图1。

墙前被动土压力:

$p_{p} = p_{0} + (p_{p c r} - p_{0}) [\frac{δ}{δ_{p c r}}] e^{a [1 - \frac{δ}{δ_{p c r}}]}$ (1)

墙后主动土压力:

$p_{a} = p_{0} - (p_{0} - p_{a c r}) [\frac{δ}{δ_{a c r}}] e^{a [1 - \frac{δ}{δ_{a c r}}]}$ (2)

2 模型参数的讨论

由式(2)得:

$a = \frac{1}{1 - \frac{δ}{δ_{a c r}}} \ln (\frac{p_{0} - p_{a}}{p_{0} - p_{a c r}} \times \frac{δ_{a c r}}{δ})$ (3)

其中,a是一个变化的量,是时间t,压力p,深度h,位移δ的函数,记作a(t,p,h,δ),a的值随着时间t,压力p,深度h,位移δ的变化而变化,现分别对时间t,压力p,位移δ求偏导。

$1) \frac{\partial a}{\partial p} = \frac{- 1}{1 - \frac{δ}{δ_{a c r}}} \times \frac{1}{p_{0} - p_{a}} ＜ 0$ ,说明a对pa是减函数,随着pa的减少而增加。

$2) \frac{\partial a}{\partial t} = \frac{\partial a}{\partial p} \times \frac{\partial p}{\partial t}$ ,由于 $\frac{\partial a}{\partial p} ＜ 0$ ,压力p随着时间t的增长而减小,故p对t为减函数, $\frac{\partial p}{\partial t} ＜ 0$ ,所以 $\frac{\partial a}{\partial t} ＞ 0 ‚ a$ 值随着时间的增长而增长。

$3) \frac{\partial a}{\partial δ} = \frac{δ_{a c r}}{δ_{a c r} - δ} [\frac{1}{δ_{a c r} - δ} \ln (\frac{p_{0} - p_{a}}{p_{0} - p_{a c r}} \times \frac{δ_{a c r}}{δ}) - \frac{1}{δ}]$ ,可以代入实测数据得出 $\frac{\partial a}{\partial δ}$ 正负性,但定性的用 $\frac{\partial a}{\partial δ} = \frac{\partial a}{\partial t} \times \frac{\partial t}{\partial δ}$ 来讨论, $\frac{\partial a}{\partial t} ＞ 0$ ,随着时间的增长位移也在增长,故 $\frac{\partial δ}{\partial t} ＞ 0$ ,所以 $\frac{\partial a}{\partial δ} ＞ 0$ ,随着位移的增长a值也在增长。

3 算例分析

三个深度的点分别为A,B,C,压力与位移见表1,其中,HA>HB>HC,分别代入A,B,C三点的数得三组数据,计算出a值,得出图形和结论(见图2～图4)。

4 结论

1)各测点达到极小值即主动状态所需位移量不尽相同,它随深度的增加而增加。

2)图2证明了随着位移的增加,各点的水平土压力急剧下降,降速率逐渐减小,趋近于零,位移再继续增加,土压力稳定在某一水平,不再增减。

3)图3证明了a对pa是减函数,随着pa的减少而增加移动同样大小的位移,深度大的点比深度小的点的土压力大。

4)随着位移的增长a值也在增长。a的值与深度有一定关系,深度越大,a的值总体是远离原点。

5)不同深度,深度越大达到的主动土压力时的位移越大。

参考文献

[1]陈页开.挡土墙上土压力的试验研究与数值分析[D].杭州:浙江大学,2001.

[2]岳祖润.压实粘性填土挡土墙土压力离心模型试验[J].岩土工程学报,1992,114(6):90-96.

3.压力机的技术参数篇三

1 次高压管道清管器压力推扫

(1) 压力推扫速度要求。管道安装完毕, 首先进行吹扫。次高压管道采用通球 (清管器) 推扫清管, 并不少于两次。需进行分段吹扫及压力试验。吹扫长度为5km～6km, 吹扫速度不应小于20m/s。清管时的最大压力不得超过管线的设计压力, 且不应大于0.3MPa。 (2) 压力推扫清条件。扫管线应设临时清管器首发设施和放空口。清管器接收装置应设置在地势较高的地方, 50m内不得有居民和建筑物。清管前应确认清管段内的路线截断阀处于全开状态。清管器应适用于管线弯头的曲率半径。调压设施不得与管道同时进行吹扫。管道直径必须是同一规格, 不同管径的管道应断开分别进行清扫。对影响清管器通过的管件、设施, 在清管前应采取必要措施。 (3) 清管器清扫合格标准。清管器清扫完成后, 应按CJJ33-2005规范第12.2.3条第5款进行检验, 当目测排气无烟尘时, 应在排气口设置白布或涂白漆木靶板检验, 5min内靶上无铁锈、尘土等其他杂物为合格。

2 压力推扫工艺参数计算

(1) 清管器的推球压力的计算。清管器运行工艺计算:通球扫线推球压力Pj为0.0 5 M P a～0.2 M P a。推球介质用压缩空气。推球输气流量估算:

式 (1) 中:Q为输气流量 (k) , m3/d;

F为管道内径横截面积 (m2) , 此处F=πR2=3.14×10-6× (600-2×9.5) /4=0.1963m2

Vj为清管器运行的平均速度, km/h, 此处Vj=5km/h。

Pj为清管器后的平均压力, MPa。此处Pj=0.07MPa;

则Q为9.73m3/min。

用清管器除水时, 用的压力要增大10%～20%。

(2) 清管器及推扫参数选择。采用聚氨脂皮碗清管器, 见图1示意。清管器由导向皮碗、密封皮碗、碗型皮碗和金属骨架构成, 在气压推动下移动, 用于清扫管道内的杂质。特点:皮碗结构组合灵活, 密封性能好, 运行距离长。密封皮碗过盈量为管道内径的3%～5%, 本工程中管道的内径为600mm, 则清管器的外径在618mm～648mm之间。

通过弯头曲率半径≥1.5D。

直管段变形量≤20%。

清管器骨架的后端可以安装电子发射机, 若在清理管道时遇到“卡堵”情况, 可以用跟踪仪来确定清管器在管道内的位置, 以便更好的解决“卡堵”问题。

3 管道推扫实施

3.1 清管器收发筒的制作

发球筒由短管、封头、压力表、球阀、进气管、进水管组成。短管为φ600钢管。压力表精度不低于1.5级, 量程为0～4MPa, 表盘直径为150mm, 压力表应经校验合格, 并且在有效期内, 铅封完好。收发筒上各装一个。通球扫线在收、发球装置的安装地点挖长、宽各为4m, 距管底深0.5m的操作坑, 进行清管器安装。

3.2 主管道压力推扫控操作

在管线强度试验、严密性试验达到要求后, 进行管道压力推扫。打开发球筒排污阀, 水泵抽水。当水量少时, 打开发球筒盲板, 安装清管器。空压机、储气罐与发球筒上进气管连接完好, 使清管器处于待发射状态。装好发球筒的盲板, 空气压缩机经进气管向发球筒压入压缩空气。由于清管器在管道中处于卡紧状态, 清管器前后产生了压力差。当压力差大于摩擦力时, 清管器被压缩空气推动前进。清管器前进过程中, 将清管器前方的残水、污物退至收球装置的排出口排出, 达到推扫目的。

3.3 压力推扫PH曲线

为了便于分析清管器在管道内的运行情况, 应绘制通球扫线压力, 时间相关图, 见图2示意。纵坐标为被清扫管内的压力, 横坐标为时间。用秒表读时间, 同时在发球筒上的压力表读出压力;在压力、时间相关图上标出一点。定期观察记录, 再将各点连成曲线, 即可分析清管器的运行情况。

3.4 管道干燥

管道压力推扫结束后, 管道上的压力表换为真空表, 进气管上接真空泵, 用真空泵抽出大部分残留在管道中的水蒸气和空气, 降低管内压力。当压力为10kPa时, 真空泵停止工作, 保压1h。再次启动真空泵直到压力降至管内温度下的饱和蒸汽压1.8kPa, 使管道内水分不停的蒸发, 造成管内的压力降低, 达到预定值0.2kPa时即可判定管道已干燥。真空干燥作业结束。即可进入下一道工序:天然气置换, 准备系统投入输气运行。

4 结语

我公司施工的城市燃气管道工程, 按上述技术措施进行的压力推球扫线工艺, 满足规范要求, 所投入运行的燃气管道系统, 输气运行正常、安全可靠。获得业主好评。

摘要：城市燃气次高压管道工程完成后, 在输气前, 管道系统的吹扫、试压及干燥处理, 是安装工程的重要环节。本文以我公司施工的南京天然气次高压输气工程为例, 介绍采用清管器进行管道的压力推球扫线的参数计算与实施的方法及要点。

4.压力机的技术参数篇四

在大型直缝焊管的生产过程中, 受焊管材料的性能不均、成形设备及模具整体直线度、焊接热应力等因素的影响, 最终成形管件的直线度总是不达标!。鉴于大型直缝焊管的几何特殊性, 目前国内厂家多采用压力矫直的方式修正其直线度。

长期以来, 大型直缝焊管压力矫直工艺的实施多由操作者凭经验估计确定矫直行程来完成, 需反复测量和试校。近年来国内外学者对压力矫直工艺进行了研究, 其中以崔甫为代表的国内学者从弹塑性理论出发对矫直的反弯过程进行了力学分析, 建立了矫直曲率方程式, 进而计算出了最大挠度处的矫直行程[1,2]。Katoh等[3]、King等[4]阐述了依据矫直过程中载荷-挠度的关系, 通过在线测量计算弹性回弹量, 达到矫直控制的目的。在上述两种解析方法中, 无论是通过计算行程还是计算回弹量去控制矫直过程, 其前提均是需要知道焊管真实的材料性能参数。但由于焊管的材料批次、热处理、变形情况的差异, 会导致其材料性能参数的波动, 所以获取每一个待矫焊管精确的材料性能参数是实现精密矫直的必备条件。

借鉴文献[5-7]的研究, 本文利用管件在压力矫直过程中的载荷-行程曲线, 精确识别出了管件的材料性能参数。

1 小曲率曲管压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系

管件的压力矫直过程实质是小曲率曲管的三点弯曲弹塑性变形过程, 由于待矫曲管的初始曲率分布各不相同, 故很难通过建立通用的力学模型去确定压力矫直过程中载荷-行程之间的理论关系。

本文以相同截面形状、相同材质的小曲率曲管与直管为研究对象, 使其产生等量的弯曲变形, 比较这两个成形过程中载荷-行程曲线之间的相似性关系, 寻求将直管弯曲成形过程的规律应用于曲管压力矫直过程的可能性。

1.1 相同截面特征的小曲率曲管和直管准备

对某大型直缝焊管生产企业生产线上规格不满足直线度要求的管件进行了测量, 现场如图1所示。采用美国星科 (CimCore) 公司生产的3000iTM系列便携式三坐标测量仪进行测量, 其测量精度为0.01mm。待矫大型直缝焊管材料为X70钢, 其几何参数如表1所示, 管件初始挠度分布的测量结果如图2所示。依据上述数据, 建立了待矫管件的三维几何模型, 同时建立了一根与待矫管件相同截面特征相同管长的直管件的三维模型。

1.2 管件三点弯曲有限元模型的建立

依据有限元分析软件ABAQUS分别对上述曲管、直管的三点弯曲成形过程进行模拟。由于大型管件的压力矫直过程为小变形弹塑性问题, 且其边界条件和几何模型都比较简单, 故算法采用静力隐式算法。管件单元类型为C3D8I (8个节点非协调实体单元网格) , 它可以避免积分单元出现剪切闭锁现象;将管壁厚度划分为4层, 总体共包含22 400个单元。管件材料模型为弹塑性模型, 材料性能参数如图3所示, 泊松比ν=0.3。

分别建立曲管弯曲与直管弯曲的有限元模型, 如图4所示。由图4可知, 压头、两支点的几何特征与该大型直缝焊管生产企业的矫直设备相同, 且在模型里这三个部件均被设置为离散刚体, 在载荷作用下不发生变形, 其中两支点间距与实际相同固定为L=6000 mm, 对称分布在压点两侧。

1.3 数值模拟结果分析

当压头行程h=67mm时, 曲管和直管加载后管长方向变形区的应力云图见图5。由图5可知, 加载后, 虽然在宏观上曲管和直管挠曲变形情况不同, 但微观上看, 曲管应力的分布情况与直管的应力分布情况相同, 均为典型的弯曲应力分布, 即外层受拉内层受压、塑性变形在管长方向上由压点附近向两侧外延, 而在管截面方向上由管外缘向管内部深入。对比两管坯的最大应力可知, 曲管最大拉应力为629.0MPa, 直管最大拉应力为639.2MPa, 曲管与直管最大拉应力相差1.6%;曲管最大压应力为638.2MPa, 直管最大压应力为639.6MPa, 曲管与直管最大压应力相差0.2%。故由应力分布结果可知, 在小变形情况下, 小曲率曲管的压力矫直过程的应力状态与直管在三点弯曲时的应力状态等价。

曲管和直管加载过程中载荷-行程曲线见图6。由图6可知, 对应相同行程值时, 直管弯曲时的载荷值与小曲率曲管的载荷值相近, 最大相对误差不超过3%。实验结果证明:在工程应用范围内, 小曲率曲管的压力矫直过程可等价于相同截面特征、相同材质的直管的三点弯曲过程, 进而可以通过解析直管三点弯曲成形时的载荷-行程理论关系, 来代替对曲管压力矫直过程的解析。

2 识别系统建立

由小曲率曲管压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系可知, 已建立的直管三点弯曲过程中的载荷-行程的数学表达式[8]同样适用于曲管的压力矫直过程。

由于大型管件的压力矫直过程为小变形弹塑性问题, 选用双线性硬化材料模型可以保证在弹性变形区和小塑性变形区都有较好的吻合度, 其表达式为

式中, D为塑性切线模量;σs为材料初始屈服应力。

2.1 识别模型

由文献[8]可知, 压力矫直过程中载荷-行程抽象表达式可写为

该式中 (P, h) 的一组数据作为在线监测量已知的情况下, 在线识别问题就被具体化为下述问题:即在式 (1) 中确定一组合适的参数E、D、σs, 使得由式 (2) 计算得到的P-h曲线与通过在线监测所获得的载荷-行程曲线吻合得最好。数学中处理此类问题的最好方法是最小二乘法曲线拟合。因为在式 (2) 中E、D和σs是非线性的, 所以, 此处智能化压力矫直系统的在线识别问题是一个非线性函数的最小二乘曲线拟合问题。因此, 在线识别材料性能参数的数学问题可进一步描述为:

已知一组实测数据 (Pi, hi) (i=1, 2, …, n) , 要求确定式 (1) 中的非线性参数

使得下述目标函数的值为最小:

计算数学中求解上述问题的计算方法很多。通过对多种算法的分析及笔者以往的经验, 利用载荷-行程曲线解析式求关于材料性能参数的梯度函数是比较困难的。因此, 本文采用直接法中的坐标轮换法作为在线识别的算法。坐标轮换过程中, 一维搜索采用黄金分割法[7]。

2.2 识别系统

根据上述识别模型, 开发出一套“压力矫直过程中材料性能参数的在线识别系统”, 该系统可以依据载荷-行程数据在线识别出不同矫直参数下不同几何尺寸管件的材料性能参数。图7为依据图5中曲管压力矫直时的实测数据 (Pi, hi) (n=59) 对曲管材料性能参数进行识别时系统的主界面。由于识别模型的建立是基于最小二乘原理, 所以可以发现图中的拟合曲线与实验数据吻合程度较高。识别结果中, E=200.06 GPa、σs=500.2MPa, 与材料的真实弹性模量和屈服极限相比相差不到0.05%, 具有较高的识别精度。

图8为依据识别参数绘出的双线性硬化模型对应的应力-应变曲线与曲管的真实应力-应变曲线的对比。由图8可知, 当ε∈[0, 0.055]时, 识别结果与真实材料性能参数吻合程度很高;而当ε∈[0.055, 0.16]时, 随着ε的增大, 识别结果与真实数据就相差越大。这是由于在上述曲管压力矫直成形过程中最大应力为638.2MPa, 最大应变为0.055, 相应其载荷-行程数据中只包含了ε∈[0, 0.055]时的应力应变特征值。识别参数在ε∈[0, 0.055]区域内与真实应力应变数据的误差不足1%, 而该区域的应力-应变数据的准确识别恰恰将会直接影响到矫直结果。识别结果证明了识别系统的可行性和可靠性, 可为后续精密矫直提供理论依据。

3 识别系统在压力矫直实验中的应用

3.1 小管坯材料性能参数的在线识别

在实验室条件下, 对未知材料性能参数的初始最大挠曲为9.47mm的圆管坯进行在线识别, 其中圆管坯的几何尺寸如表2所示。采用WDD-LCT-150型电子拉扭组合多功能试验机作为矫直设备, 可在线记录载荷-行程数据, 其行程控制精度可达到0.01mm。实验模具如图9所示, 其中两下模支点间距为600mm。将曲管进行压力矫直实验, 在线识别其材料性能参数, 实验结果如图10所示。由图10可以发现, 识别系统的拟合曲线与实验数据十分接近。

3.2 识别系统的试验验证

通过实测小尺寸管坯的材料性能参数来验证识别系统的识别结果。小尺寸管坯的材料性能通过单向拉伸试验获得, 拉伸试样通过纵向切取管壁制备, 拉伸试验结果与识别结果的对比如图11所示。由图可知, 在小弹塑性变形范围内, 识别结果与真实材料性能数据吻合程度较高, 最大误差不足1%。试验结果表明, 在工程应用范围内, 该识别系统具有较高的可靠性和准确性, 可以满足工程需求。

4 结论

(1) 采用有限元方法对小曲率曲管的压力矫直过程和直管的三点弯曲过程进行了仿真, 仿真结果表明:在工程应用范围内, 小曲率曲管的压力矫直过程可等价于同截面、同材质的直管三点弯曲过程。该等价关系为后续对压力矫直过程的研究提供了便捷途径。

(2) 基于直管三点弯曲数学模型建立了在线获取管件材料性能参数的识别模型, 只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、压力矫直过程中实测载荷-行程数据, 即可获取管件的材料性能参数。

(3) 大管的仿真实验与小管坯的物理试验均证明了识别系统的可靠性与可行性, 识别误差不足1%, 这为智能化矫直、自动化矫直提供了理论基础。

摘要：鉴于大型直缝焊管的几何特殊性, 多采用压力矫直的方式修正其直线度。受材料批次、热处理、变形情况等因素的影响, 焊管的性能参数会有较大波动, 准确地识别出管件的材料性能参数是提高矫直精度的一个重要条件。采用有限元方法验证了相同截面形状、相同材质的小曲率曲管在压力矫直过程与直管三点弯曲过程的等价关系;依据直管三点弯曲过程的理论模型建立了在线识别材料性能参数的识别系统, 只需输入管件的几何参数、矫直模具参数、载荷-行程实验数据, 即可获取管件的真实材料性能参数。大型管件的有限元仿真结果和小尺寸管坯的试验结果均验证了识别系统的可行性、可靠性。

关键词：管件,材料性能参数,压力矫直,在线识别

参考文献

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[2]钦明浩, 柯尊忠, 张向军, 等.精密矫直机中轴类零件矫直工艺理论研究[J].机械工程学报, 1997, 33 (2) :48-53.Qin Minghao, Ke Zunzhong, Zhang Xiangjun, et al.Precise Straightening Machine Axis Parts Straightening Process Theory Research[J].Chinese Journal of Mechanical Engineering, 1997, 33 (2) :48-53.

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