预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统及其方法，用于预应力钢丝缠绕式机架设计中相关参数的确定、缠绕方式的选择、缠绕层数、每层缠绕圈数和预紧力的计算以及钢丝静强度、疲劳强度的校核；通过确定预应力钢丝缠绕式机架设计中的各项参数、并立即对计算结果进行校核，使参数调整对计算结果的影响效果更快捷、更直观，使得整个计算和校核工作效率大大提高，从而为设计人员反复调整参数，寻找最优的解决方案带来了方便。
【专利说明】预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及工程应用的等静压【技术领域】，具体涉及一种预应力钢丝缠绕式等静压 机架的设计系统及其方法。
【背景技术】
[0002] 等静压主机主要由超高压工作缸、机架及驱动系统组成，其中工作缸在工作过程 中的轴向压力通过上、下端盖完全作用在机架上，也就是说通过机架约束工作缸的上、下端 盖的位移，承受超高压压制时的轴向载荷。因此，机架的设计是否合理，在超高压工作时的 安全性如何是等静压主机设计的关键技术之一。
[0003] 目前工程上常用的机架结构为预应力钢丝缠绕式结构，它由左右两根立柱和上下 两个半圆梁构成一个框架，并在外部缠绕多层预应力钢丝，从而构成一个封闭结构，使得半 圆梁上承受的压力转变成钢丝层的拉力。预应力钢丝缠绕式机架具有结构紧凑、重量轻、便 于加工、运输和安装以及疲劳强度高、寿命长等优点。
【发明内容】
[0004] 本发明克服了现有技术的不足，提供一种方便进行参数的调整和优化的预应力钢 丝缠绕式等静压机架的设计系统及其方法。
[0005] 考虑到现有技术的上述问题，根据本发明公开的一个方面，本发明采用以下技术 方案：
[0006] 一种预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统，包括：
[0007] 机架参数输入模块，用于输入工作缸压力P和半径r，机架窗口长度L、宽度w，预紧 系数，立柱和半圆梁材料许用应力，安全系数，钢丝许用应力，立柱根数；
[0008] 立柱参数设计模块，用于根据所述机架参数输入模块输入的参数计算得到立柱的 截面积Ac和参数Y，根据参数Y选取λ的取值，并利用λ的参数计算出立柱厚度尺寸 a 和立柱宽度尺寸b ;
[0009] 半圆梁参数设计模块，用于根据所述机架参数输入模块输入的参数计算得到半圆 梁半径Rl ;
[0010] 机架的钢丝缠绕参数设计模块，用于根据机架立柱宽度设计缠绕钢丝的槽宽，输 入槽宽bo参数，输入选择缠绕的钢丝宽度，计算出每一层缠绕钢丝的圈数，输入钢丝的弹 性模量Ew，立柱的弹性模量Ec，钢丝的截面积Sw，立柱的截面积Ac，计算一根钢丝与立柱 的刚性比c，预紧力Fc，作用在一根立柱上的预紧力Fca，作用在一根立柱上的钢丝层上的 总张力Fw，输入不失稳安全系数n4,计算立柱临界载荷Pk，并判断立柱会不会失稳，如果失 稳，则调整前面的参数重新计算，直到获得满意的结果；
[0011] 缠绕层数设计模块，用于根据钢丝的摩擦系数μ和一根钢丝的厚度λ，计算获得 钢丝层最内层半径R1，钢丝层最外层半径R2,每层缠绕的圈数m ;并自动为缠绕层数ζ设定 一个初始值，并计算出作用在一根立柱上的预紧力Fca2,与以上计算获得的作用在一根立 柱上的预紧力Fca比较，若两者不相等则增加/减小缠绕层数，循环计算，直到Fca2与Fca 相近时，以得到缠绕层数z值；
[0012] 缠绕方式确定模块，用计算出R2/R1，2L/R1，再通过与对照表比较以得到缠绕类 型。
[0013] 为了更好地实现本发明，进一步的技术方案是：
[0014] 根据本发明的一个实施方案，还包括钢丝初张力计算模块，用于计算出每一层钢 丝缠绕初张力，并生产报表，作为实际缠绕时钢丝预紧力的设定值。
[0015] 根据本发明的一个实施方案，还包括钢丝静强度校核模块，用于计算最内层钢丝 最大应力C 3max和最外出钢丝最大应力C4max，二者再分别与钢丝许用应力进行比较C3，以 此判定钢丝静强度是否符合设计要求。
[0016] 根据本发明的一个实施方案，还包括钢丝疲劳强度校核模块，用于控制钢丝的应 力变动满足
【权利要求】
1. 一种预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统，其特征在于，包括： 机架参数输入模块，用于输入工作缸压力P和半径r，机架窗口长度L、宽度w，预紧系 数，立柱和半圆梁材料许用应力，安全系数，钢丝许用应力，立柱根数； 立柱参数设计模块，用于根据所述机架参数输入模块输入的参数计算得到立柱的截面 积Ac和参数Y，根据参数Y选取A的取值，并利用A的参数计算出立柱厚度尺寸a和立 柱宽度尺寸b; 半圆梁参数设计模块，用于根据所述机架参数输入模块输入的参数计算得到半圆梁半 径Rl ; 机架的钢丝缠绕参数设计模块，用于根据机架立柱宽度设计缠绕钢丝的槽宽，输入槽 宽bO参数，输入选择缠绕的钢丝宽度，计算出每一层缠绕钢丝的圈数，输入钢丝的弹性模 量Ew，立柱的弹性模量Ec，钢丝的截面积Sw，立柱的截面积Ac，计算一根钢丝与立柱的刚性 比c，预紧力Fc，作用在一根立柱上的预紧力Fca，作用在一根立柱上的钢丝层上的总张力 Fw，输入不失稳安全系数n4,计算立柱临界载荷Pk，并判断立柱会不会失稳，如果失稳，则 调整前面的参数重新计算，直到获得满意的结果； 缠绕层数设计模块，用于根据钢丝的摩擦系数U和一根钢丝的厚度△，计算获得钢丝 层最内层半径R1，钢丝层最外层半径R2,每层缠绕的圈数m;并自动为缠绕层数z设定一个 初始值，并计算出作用在一根立柱上的预紧力Fca2,与以上计算获得的作用在一根立柱上 的预紧力Fca比较，若两者不相等则增加/减小缠绕层数，循环计算，直到Fca2与Fca相近 时，以得到缠绕层数z值； 缠绕方式确定模块，用计算出R2/R1，2L/R1，再通过与对照表比较以得到缠绕类型。
2. 根据权利要求1所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统，其特征在于，还 包括钢丝初张力计算模块，用于计算出每一层钢丝缠绕初张力，并生产报表，作为实际缠绕 时钢丝预紧力的设定值。
3. 根据权利要求1所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统，其特征在于， 还包括钢丝静强度校核模块，用于计算最内层钢丝最大应力〇 3_和最外出钢丝最大应力 〇 ，二者再分别与钢丝许用应力进行比较〇 3，以此判定钢丝静强度是否符合设计要求。
4. 根据权利要求1所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统，其特征在于，还
0 Smax-最内层钢丝最大应力； 0 Smin-最内层钢丝最小应力。
5. 根据权利要求1至4任意一项所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计系统，其 特征在于，还包括生成计算说明书模块，用于将计算过程和计算结果、校核结果输出为计算 说明书。
6. -种预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计方法，其特征在于，包括： 输入工作缸压力P和半径r，机架窗口长度L、宽度w，预紧系数，立柱和半圆梁材料许用 应力，安全系数，钢丝许用应力，立柱根数； 根据所述机架参数输入模块输入的参数计算得到立柱的截面积Ac和参数Y，根据参 数Y选取A的取值，并利用A的参数计算出立柱厚度尺寸a和立柱宽度尺寸b; 根据输入的参数计算得到半圆梁半径Rl ; 根据机架立柱宽度设计缠绕钢丝的槽宽，输入槽宽bO参数，输入选择缠绕的钢丝宽 度，计算出每一层缠绕钢丝的圈数，输入钢丝的弹性模量Ew，立柱的弹性模量Ec，钢丝的截 面积Sw，立柱的截面积Ac，计算一根钢丝与立柱的刚性比c，预紧力Fc，作用在一根立柱上 的预紧力Fca，作用在一根立柱上的钢丝层上的总张力Fw，输入不失稳安全系数n4,计算立 柱临界载荷Pk，并判断立柱会不会失稳，如果失稳，则调整前面的参数重新计算，直到获得 满意的结果； 根据钢丝的摩擦系数y和一根钢丝的厚度△，计算获得钢丝层最内层半径R1，钢丝 层最外层半径R2,每层缠绕的圈数m ;并自动为缠绕层数z设定一个初始值，并计算出作用 在一根立柱上的预紧力Fca2,与以上计算获得的作用在一根立柱上的预紧力Fca比较，若 两者不相等则增加/减小缠绕层数，循环计算，直到Fca2与Fca相近时，以得到缠绕层数z 值； 计算出R2/R1，2L/R1，再通过与对照表比较以得到缠绕类型。
7. 根据权利要求6所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计方法，其特征在于，还 包括计算出每一层钢丝缠绕初张力，并生产报表，作为实际缠绕时钢丝预紧力的设定值。
8. 根据权利要求6所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计方法，其特征在于，还 包括计算最内层钢丝最大应力〇3_和最外出钢丝最大应力〇4_，二者再分别与钢丝许用 应力进行比较〇 3，以此判定钢丝静强度是否符合设计要求。
9. 根据权利要求6所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计方法，其特征在于，还
0 Smax-最内层钢丝最大应力； 0 Smin-最内层钢丝最小应力。
10. 根据权利要求6至9任意一项所述的预应力钢丝缠绕式等静压机架的设计方法，其 特征在于，还包括将计算过程和计算结果、校核结果输出为计算说明书。
【文档编号】B30B1/32GK104339702SQ201410539167
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年10月13日 优先权日:2014年10月13日
【发明者】赵维, 樊星, 鲍延年, 陈良军, 曹磊, 蒋道建, 吕欣, 刘彤, 何碧, 范玉德, 陈利东 申请人:中国工程物理研究院化工材料研究所