預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統及其方法，用于預應力鋼絲纏繞式機架設計中相關參數的確定、纏繞方式的選擇、纏繞層數、每層纏繞圈數和預緊力的計算以及鋼絲靜強度、疲勞強度的校核；通過確定預應力鋼絲纏繞式機架設計中的各項參數、并立即對計算結果進行校核，使參數調整對計算結果的影響效果更快捷、更直觀，使得整個計算和校核工作效率大大提高，從而為設計人員反復調整參數，尋找最優的解決方案帶來了方便。
【專利說明】預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統及其方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及工程應用的等靜壓【技術領域】，具體涉及一種預應力鋼絲纏繞式等靜壓 機架的設計系統及其方法。
【背景技術】
[0002] 等靜壓主機主要由超高壓工作缸、機架及驅動系統組成，其中工作缸在工作過程 中的軸向壓力通過上、下端蓋完全作用在機架上，也就是說通過機架約束工作缸的上、下端 蓋的位移，承受超高壓壓制時的軸向載荷。因此，機架的設計是否合理，在超高壓工作時的 安全性如何是等靜壓主機設計的關鍵技術之一。
[0003] 目前工程上常用的機架結構為預應力鋼絲纏繞式結構，它由左右兩根立柱和上下 兩個半圓梁構成一個框架，并在外部纏繞多層預應力鋼絲，從而構成一個封閉結構，使得半 圓梁上承受的壓力轉變成鋼絲層的拉力。預應力鋼絲纏繞式機架具有結構緊湊、重量輕、便 于加工、運輸和安裝以及疲勞強度高、壽命長等優點。
【發明內容】
[0004] 本發明克服了現有技術的不足，提供一種方便進行參數的調整和優化的預應力鋼 絲纏繞式等靜壓機架的設計系統及其方法。
[0005] 考慮到現有技術的上述問題，根據本發明公開的一個方面，本發明采用以下技術 方案：
[0006] 一種預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統，包括：
[0007] 機架參數輸入模塊，用于輸入工作缸壓力P和半徑r，機架窗口長度L、寬度w，預緊 系數，立柱和半圓梁材料許用應力，安全系數，鋼絲許用應力，立柱根數；
[0008] 立柱參數設計模塊，用于根據所述機架參數輸入模塊輸入的參數計算得到立柱的 截面積Ac和參數Y，根據參數Y選取λ的取值，并利用λ的參數計算出立柱厚度尺寸 a 和立柱寬度尺寸b ;
[0009] 半圓梁參數設計模塊，用于根據所述機架參數輸入模塊輸入的參數計算得到半圓 梁半徑Rl ;
[0010] 機架的鋼絲纏繞參數設計模塊，用于根據機架立柱寬度設計纏繞鋼絲的槽寬，輸 入槽寬bo參數，輸入選擇纏繞的鋼絲寬度，計算出每一層纏繞鋼絲的圈數，輸入鋼絲的彈 性模量Ew，立柱的彈性模量Ec，鋼絲的截面積Sw，立柱的截面積Ac，計算一根鋼絲與立柱 的剛性比c，預緊力Fc，作用在一根立柱上的預緊力Fca，作用在一根立柱上的鋼絲層上的 總張力Fw，輸入不失穩安全系數n4,計算立柱臨界載荷Pk，并判斷立柱會不會失穩，如果失 穩，則調整前面的參數重新計算，直到獲得滿意的結果；
[0011] 纏繞層數設計模塊，用于根據鋼絲的摩擦系數μ和一根鋼絲的厚度λ，計算獲得 鋼絲層最內層半徑R1，鋼絲層最外層半徑R2,每層纏繞的圈數m ;并自動為纏繞層數ζ設定 一個初始值，并計算出作用在一根立柱上的預緊力Fca2,與以上計算獲得的作用在一根立 柱上的預緊力Fca比較，若兩者不相等則增加/減小纏繞層數，循環計算，直到Fca2與Fca 相近時，以得到纏繞層數z值；
[0012] 纏繞方式確定模塊，用計算出R2/R1，2L/R1，再通過與對照表比較以得到纏繞類 型。
[0013] 為了更好地實現本發明，進一步的技術方案是：
[0014] 根據本發明的一個實施方案，還包括鋼絲初張力計算模塊，用于計算出每一層鋼 絲纏繞初張力，并生產報表，作為實際纏繞時鋼絲預緊力的設定值。
[0015] 根據本發明的一個實施方案，還包括鋼絲靜強度校核模塊，用于計算最內層鋼絲 最大應力C 3max和最外出鋼絲最大應力C4max，二者再分別與鋼絲許用應力進行比較C3，以 此判定鋼絲靜強度是否符合設計要求。
[0016] 根據本發明的一個實施方案，還包括鋼絲疲勞強度校核模塊，用于控制鋼絲的應 力變動滿足
【權利要求】
1. 一種預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統，其特征在于，包括： 機架參數輸入模塊，用于輸入工作缸壓力P和半徑r，機架窗口長度L、寬度w，預緊系 數，立柱和半圓梁材料許用應力，安全系數，鋼絲許用應力，立柱根數； 立柱參數設計模塊，用于根據所述機架參數輸入模塊輸入的參數計算得到立柱的截面 積Ac和參數Y，根據參數Y選取A的取值，并利用A的參數計算出立柱厚度尺寸a和立 柱寬度尺寸b; 半圓梁參數設計模塊，用于根據所述機架參數輸入模塊輸入的參數計算得到半圓梁半 徑Rl ; 機架的鋼絲纏繞參數設計模塊，用于根據機架立柱寬度設計纏繞鋼絲的槽寬，輸入槽 寬bO參數，輸入選擇纏繞的鋼絲寬度，計算出每一層纏繞鋼絲的圈數，輸入鋼絲的彈性模 量Ew，立柱的彈性模量Ec，鋼絲的截面積Sw，立柱的截面積Ac，計算一根鋼絲與立柱的剛性 比c，預緊力Fc，作用在一根立柱上的預緊力Fca，作用在一根立柱上的鋼絲層上的總張力 Fw，輸入不失穩安全系數n4,計算立柱臨界載荷Pk，并判斷立柱會不會失穩，如果失穩，則 調整前面的參數重新計算，直到獲得滿意的結果； 纏繞層數設計模塊，用于根據鋼絲的摩擦系數U和一根鋼絲的厚度△，計算獲得鋼絲 層最內層半徑R1，鋼絲層最外層半徑R2,每層纏繞的圈數m;并自動為纏繞層數z設定一個 初始值，并計算出作用在一根立柱上的預緊力Fca2,與以上計算獲得的作用在一根立柱上 的預緊力Fca比較，若兩者不相等則增加/減小纏繞層數，循環計算，直到Fca2與Fca相近 時，以得到纏繞層數z值； 纏繞方式確定模塊，用計算出R2/R1，2L/R1，再通過與對照表比較以得到纏繞類型。
2. 根據權利要求1所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統，其特征在于，還 包括鋼絲初張力計算模塊，用于計算出每一層鋼絲纏繞初張力，并生產報表，作為實際纏繞 時鋼絲預緊力的設定值。
3. 根據權利要求1所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統，其特征在于， 還包括鋼絲靜強度校核模塊，用于計算最內層鋼絲最大應力〇 3_和最外出鋼絲最大應力 〇 ，二者再分別與鋼絲許用應力進行比較〇 3，以此判定鋼絲靜強度是否符合設計要求。
4. 根據權利要求1所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統，其特征在于，還
0 Smax-最內層鋼絲最大應力； 0 Smin-最內層鋼絲最小應力。
5. 根據權利要求1至4任意一項所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計系統，其 特征在于，還包括生成計算說明書模塊，用于將計算過程和計算結果、校核結果輸出為計算 說明書。
6. -種預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計方法，其特征在于，包括： 輸入工作缸壓力P和半徑r，機架窗口長度L、寬度w，預緊系數，立柱和半圓梁材料許用 應力，安全系數，鋼絲許用應力，立柱根數； 根據所述機架參數輸入模塊輸入的參數計算得到立柱的截面積Ac和參數Y，根據參 數Y選取A的取值，并利用A的參數計算出立柱厚度尺寸a和立柱寬度尺寸b; 根據輸入的參數計算得到半圓梁半徑Rl ; 根據機架立柱寬度設計纏繞鋼絲的槽寬，輸入槽寬bO參數，輸入選擇纏繞的鋼絲寬 度，計算出每一層纏繞鋼絲的圈數，輸入鋼絲的彈性模量Ew，立柱的彈性模量Ec，鋼絲的截 面積Sw，立柱的截面積Ac，計算一根鋼絲與立柱的剛性比c，預緊力Fc，作用在一根立柱上 的預緊力Fca，作用在一根立柱上的鋼絲層上的總張力Fw，輸入不失穩安全系數n4,計算立 柱臨界載荷Pk，并判斷立柱會不會失穩，如果失穩，則調整前面的參數重新計算，直到獲得 滿意的結果； 根據鋼絲的摩擦系數y和一根鋼絲的厚度△，計算獲得鋼絲層最內層半徑R1，鋼絲 層最外層半徑R2,每層纏繞的圈數m ;并自動為纏繞層數z設定一個初始值，并計算出作用 在一根立柱上的預緊力Fca2,與以上計算獲得的作用在一根立柱上的預緊力Fca比較，若 兩者不相等則增加/減小纏繞層數，循環計算，直到Fca2與Fca相近時，以得到纏繞層數z 值； 計算出R2/R1，2L/R1，再通過與對照表比較以得到纏繞類型。
7. 根據權利要求6所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計方法，其特征在于，還 包括計算出每一層鋼絲纏繞初張力，并生產報表，作為實際纏繞時鋼絲預緊力的設定值。
8. 根據權利要求6所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計方法，其特征在于，還 包括計算最內層鋼絲最大應力〇3_和最外出鋼絲最大應力〇4_，二者再分別與鋼絲許用 應力進行比較〇 3，以此判定鋼絲靜強度是否符合設計要求。
9. 根據權利要求6所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計方法，其特征在于，還
0 Smax-最內層鋼絲最大應力； 0 Smin-最內層鋼絲最小應力。
10. 根據權利要求6至9任意一項所述的預應力鋼絲纏繞式等靜壓機架的設計方法，其 特征在于，還包括將計算過程和計算結果、校核結果輸出為計算說明書。
【文檔編號】B30B1/32GK104339702SQ201410539167
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】趙維, 樊星, 鮑延年, 陳良軍, 曹磊, 蔣道建, 呂欣, 劉彤, 何碧, 范玉德, 陳利東 申請人:中國工程物理研究院化工材料研究所