預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)及其方法，用于預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式機(jī)架設(shè)計中相關(guān)參數(shù)的確定、纏繞方式的選擇、纏繞層數(shù)、每層纏繞圈數(shù)和預(yù)緊力的計算以及鋼絲靜強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度的校核；通過確定預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式機(jī)架設(shè)計中的各項參數(shù)、并立即對計算結(jié)果進(jìn)行校核，使參數(shù)調(diào)整對計算結(jié)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(shè)計人員反復(fù)調(diào)整參數(shù)，尋找最優(yōu)的解決方案帶來了方便。
【專利說明】預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)及其方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及工程應(yīng)用的等靜壓【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓 機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)及其方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 等靜壓主機(jī)主要由超高壓工作缸、機(jī)架及驅(qū)動系統(tǒng)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(jī)架上，也就是說通過機(jī)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(jī)架的設(shè)計是否合理，在超高壓工作時的 安全性如何是等靜壓主機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)之一。
[0003] 目前工程上常用的機(jī)架結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式結(jié)構(gòu)，它由左右兩根立柱和上下 兩個半圓梁構(gòu)成一個框架，并在外部纏繞多層預(yù)應(yīng)力鋼絲，從而構(gòu)成一個封閉結(jié)構(gòu)，使得半 圓梁上承受的壓力轉(zhuǎn)變成鋼絲層的拉力。預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式機(jī)架具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、便 于加工、運(yùn)輸和安裝以及疲勞強(qiáng)度高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方便進(jìn)行參數(shù)的調(diào)整和優(yōu)化的預(yù)應(yīng)力鋼 絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)及其方法。
[0005] 考慮到現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，根據(jù)本發(fā)明公開的一個方面，本發(fā)明采用以下技術(shù) 方案：
[0006] 一種預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)，包括：
[0007] 機(jī)架參數(shù)輸入模塊，用于輸入工作缸壓力P和半徑r，機(jī)架窗口長度L、寬度w，預(yù)緊 系數(shù)，立柱和半圓梁材料許用應(yīng)力，安全系數(shù)，鋼絲許用應(yīng)力，立柱根數(shù)；
[0008] 立柱參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述機(jī)架參數(shù)輸入模塊輸入的參數(shù)計算得到立柱的 截面積Ac和參數(shù)Y，根據(jù)參數(shù)Y選取λ的取值，并利用λ的參數(shù)計算出立柱厚度尺寸 a 和立柱寬度尺寸b ;
[0009] 半圓梁參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述機(jī)架參數(shù)輸入模塊輸入的參數(shù)計算得到半圓 梁半徑Rl ;
[0010] 機(jī)架的鋼絲纏繞參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)機(jī)架立柱寬度設(shè)計纏繞鋼絲的槽寬，輸 入槽寬bo參數(shù)，輸入選擇纏繞的鋼絲寬度，計算出每一層纏繞鋼絲的圈數(shù)，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(yù)緊力Fc，作用在一根立柱上的預(yù)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(wěn)安全系數(shù)n4,計算立柱臨界載荷Pk，并判斷立柱會不會失穩(wěn)，如果失 穩(wěn)，則調(diào)整前面的參數(shù)重新計算，直到獲得滿意的結(jié)果；
[0011] 纏繞層數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)鋼絲的摩擦系數(shù)μ和一根鋼絲的厚度λ，計算獲得 鋼絲層最內(nèi)層半徑R1，鋼絲層最外層半徑R2,每層纏繞的圈數(shù)m ;并自動為纏繞層數(shù)ζ設(shè)定 一個初始值，并計算出作用在一根立柱上的預(yù)緊力Fca2,與以上計算獲得的作用在一根立 柱上的預(yù)緊力Fca比較，若兩者不相等則增加/減小纏繞層數(shù)，循環(huán)計算，直到Fca2與Fca 相近時，以得到纏繞層數(shù)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(shí)現(xiàn)本發(fā)明，進(jìn)一步的技術(shù)方案是：
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)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(chǎn)報表，作為實(shí)際纏繞時鋼絲預(yù)緊力的設(shè)定值。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，還包括鋼絲靜強(qiáng)度校核模塊，用于計算最內(nèi)層鋼絲 最大應(yīng)力C 3max和最外出鋼絲最大應(yīng)力C4max，二者再分別與鋼絲許用應(yīng)力進(jìn)行比較C3，以 此判定鋼絲靜強(qiáng)度是否符合設(shè)計要求。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施方案，還包括鋼絲疲勞強(qiáng)度校核模塊，用于控制鋼絲的應(yīng) 力變動滿足

【權(quán)利要求】
1. 一種預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，包括： 機(jī)架參數(shù)輸入模塊，用于輸入工作缸壓力P和半徑r，機(jī)架窗口長度L、寬度w，預(yù)緊系 數(shù)，立柱和半圓梁材料許用應(yīng)力，安全系數(shù)，鋼絲許用應(yīng)力，立柱根數(shù)； 立柱參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述機(jī)架參數(shù)輸入模塊輸入的參數(shù)計算得到立柱的截面 積Ac和參數(shù)Y，根據(jù)參數(shù)Y選取A的取值，并利用A的參數(shù)計算出立柱厚度尺寸a和立 柱寬度尺寸b; 半圓梁參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)所述機(jī)架參數(shù)輸入模塊輸入的參數(shù)計算得到半圓梁半 徑Rl ; 機(jī)架的鋼絲纏繞參數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)機(jī)架立柱寬度設(shè)計纏繞鋼絲的槽寬，輸入槽 寬bO參數(shù)，輸入選擇纏繞的鋼絲寬度，計算出每一層纏繞鋼絲的圈數(shù)，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(yù)緊力Fc，作用在一根立柱上的預(yù)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(wěn)安全系數(shù)n4,計算立柱臨界載荷Pk，并判斷立柱會不會失穩(wěn)，如果失穩(wěn)，則 調(diào)整前面的參數(shù)重新計算，直到獲得滿意的結(jié)果； 纏繞層數(shù)設(shè)計模塊，用于根據(jù)鋼絲的摩擦系數(shù)U和一根鋼絲的厚度△，計算獲得鋼絲 層最內(nèi)層半徑R1，鋼絲層最外層半徑R2,每層纏繞的圈數(shù)m;并自動為纏繞層數(shù)z設(shè)定一個 初始值，并計算出作用在一根立柱上的預(yù)緊力Fca2,與以上計算獲得的作用在一根立柱上 的預(yù)緊力Fca比較，若兩者不相等則增加/減小纏繞層數(shù)，循環(huán)計算，直到Fca2與Fca相近 時，以得到纏繞層數(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)，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(chǎn)報表，作為實(shí)際纏繞 時鋼絲預(yù)緊力的設(shè)定值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于， 還包括鋼絲靜強(qiáng)度校核模塊，用于計算最內(nèi)層鋼絲最大應(yīng)力〇 3_和最外出鋼絲最大應(yīng)力 〇 ，二者再分別與鋼絲許用應(yīng)力進(jìn)行比較〇 3，以此判定鋼絲靜強(qiáng)度是否符合設(shè)計要求。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，還
0 Smax-最內(nèi)層鋼絲最大應(yīng)力； 0 Smin-最內(nèi)層鋼絲最小應(yīng)力。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4任意一項所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計系統(tǒng)，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(jié)果、校核結(jié)果輸出為計算 說明書。
6. -種預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計方法，其特征在于，包括： 輸入工作缸壓力P和半徑r，機(jī)架窗口長度L、寬度w，預(yù)緊系數(shù)，立柱和半圓梁材料許用 應(yīng)力，安全系數(shù)，鋼絲許用應(yīng)力，立柱根數(shù)； 根據(jù)所述機(jī)架參數(shù)輸入模塊輸入的參數(shù)計算得到立柱的截面積Ac和參數(shù)Y，根據(jù)參 數(shù)Y選取A的取值，并利用A的參數(shù)計算出立柱厚度尺寸a和立柱寬度尺寸b; 根據(jù)輸入的參數(shù)計算得到半圓梁半徑Rl ; 根據(jù)機(jī)架立柱寬度設(shè)計纏繞鋼絲的槽寬，輸入槽寬bO參數(shù)，輸入選擇纏繞的鋼絲寬 度，計算出每一層纏繞鋼絲的圈數(shù)，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(yù)緊力Fc，作用在一根立柱上 的預(yù)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(wěn)安全系數(shù)n4,計算立 柱臨界載荷Pk，并判斷立柱會不會失穩(wěn)，如果失穩(wěn)，則調(diào)整前面的參數(shù)重新計算，直到獲得 滿意的結(jié)果； 根據(jù)鋼絲的摩擦系數(shù)y和一根鋼絲的厚度△，計算獲得鋼絲層最內(nèi)層半徑R1，鋼絲 層最外層半徑R2,每層纏繞的圈數(shù)m ;并自動為纏繞層數(shù)z設(shè)定一個初始值，并計算出作用 在一根立柱上的預(yù)緊力Fca2,與以上計算獲得的作用在一根立柱上的預(yù)緊力Fca比較，若 兩者不相等則增加/減小纏繞層數(shù)，循環(huán)計算，直到Fca2與Fca相近時，以得到纏繞層數(shù)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(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)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(chǎn)報表，作為實(shí)際纏繞時鋼絲預(yù)緊力的設(shè)定值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計方法，其特征在于，還 包括計算最內(nèi)層鋼絲最大應(yīng)力〇3_和最外出鋼絲最大應(yīng)力〇4_，二者再分別與鋼絲許用 應(yīng)力進(jìn)行比較〇 3，以此判定鋼絲靜強(qiáng)度是否符合設(shè)計要求。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計方法，其特征在于，還
0 Smax-最內(nèi)層鋼絲最大應(yīng)力； 0 Smin-最內(nèi)層鋼絲最小應(yīng)力。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6至9任意一項所述的預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞式等靜壓機(jī)架的設(shè)計方法，其 特征在于，還包括將計算過程和計算結(jié)果、校核結(jié)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(yōu)先權(quán)日:2014年10月13日
【發(fā)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