胶带硫化交接处等效硫化效应计算

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1、董林福等．胶带硫化交接处等效硫化效应计算胶带硫化交接处等效硫化效应计算董林福，黄颜锋，王琳琳(沈阳化工学院机械工程学院，辽宁沈阳110142)摘要：采用有限元分析软件ANSYS对胶带硫化交接处的温度场进行模拟，分析胶带中心层的等效硫化效应。结果表明，减小错位长度可以快速降低最大等效硫化效应，当错位长度由600mm减小至440mm时，硫化交接处胶带中心层等效硫化效应最大值与最小值相差最小，可以保证胶带硫化质量。关键词：胶带；硫化效应；有限元分析目前，我国主要采用大型平板硫化机硫化胶带，属于间歇式硫化，在两次硫化之间必然存在一个交接处。交接处的硫化效果关系着

2、整条胶带的质量，实际生产中，经常由于交接处的硫化效果不佳而采用小型硫化机进行再硫化，严重影响胶带的生产效率。目前，有限元分析方法的应用El趋广泛，针对温度场的分析也不断完善。本工作采用有限元分析软件ANSYS对胶带硫化交接处的温度场进行模拟，分析胶带中心层的等效硫化效应。1ANSYS分析由于大型平板硫化机热板非常大，考虑到建模速度、计算速度和资源利用效率，只针对硫化交接处的温度场进行稳态有限元分析。1800mmX10000mm大型平板硫化机(沈阳重型机械厂产品)热板边界处结构参数如图l所示。冷水管进口冷水管出口饱和蒸汽管图1热板边界处结构参数本工作以厚度

3、为5mm的NR胶带为研究对象，其硫化条件为155℃X10min。橡胶材料的热导率为0．17W·(rn2。K)～，比热容为1675J。(kg。K)～，密度为1300kg·m～。热板的导热系数为58．2W·(m2·K)～，比热容为460J·(kg·K)．。，密度为7．8Mg·m～。热板与活动平台之间的隔热石棉板的导热系数为0．116W·(m2·K)～，比热容为200J·(kg·K)～，密度为1．0Mg·m～。为计算简便，采用稳态传热模式，不考虑温度随时间的变化，流人系统的热量(QI)加上系统自身产生的热量(Q。)等于流出系统的热量(Qo)，即Qi+Q。一Q。

4、一0在稳态热分析中，任一节点的温度都不随时间变化，稳态热分析的能量平衡方程为：KT—Q式中K——传导矩阵，包括热导率、对流传热系数、辐射率和形状系数；弘一节点温度向量；Q——节点热流率向量，包括热生成。由于只分析温度场，因此选用维度为2D、6节点、平面三角形单元plane35。热板通过155℃饱和蒸汽加热，根据饱和蒸汽流动状态，饱和蒸汽在热板中的对流传热系数为800W。(m2·K)～。为了防止过硫，在热板两端设置冷却区(见图1)，根据冷却水的流动状态，冷却水在热板中的对流传热系数为1000W·(m2。K)～，冷却水进口温度为20℃，出口温度为50℃。由于

5、辐射与对流作用不能同时采用ANSYS进行计算，而且对流传热和热传导的作用远大于辐射传热，因此为了简化计算，忽略辐射传热。通过ANSYS分析得出热板边界处稳态温度场分布如图2所示，根据热板边界处接触橡胶部位的温度数据，作出热板边界处温度曲线(见图3)[1·2

6、。第四届全国橡胶工业用织物和骨架材料技术研讨会论文集p＼趟赠图2热板边界处稳态温度场分布距热板边界距离／mm图3热板边界处温度变化曲线2胶带中心层等效硫化效应计算及分析热扩散率(a)的计算公式为：a—A／pc式中A——热导率；r密度；C——比热容。根据热扩散率、傅立叶准数和阻力比率，利用传热计算图可求

7、得傅立叶函数F。(户·q)，F。(p·q)和Fi(夕·q)。热板边界处胶带中心层温度按t。一tiEi(p·q)+￡。F。(乡·q)+t。Fo(户·q)计算。硫化强度是胶料在一定温度下，单位时间所达到的硫化程度，与硫化温度因数和硫化温度有关。硫化强度按下式计算：J=K(tx--to’／10式中J——硫化强度；K——硫化温度因数，通常取2；￡。——硫化温度；t。——规定硫化效应所采用的温度，通常取100℃。硫化效应(E)等于硫化强度与硫化时间(r)的乘积，即E一卜r—K“r10)“。·r根据某一点各时间段内的温度变化曲线可求rf2得该点的硫化效应，即E—l／

8、dr，由于积分式不J71利于计算，可近似简化为E一△r[(J。+j。)／2+J1+J2+⋯+J，】]式中△r——测温间隔时间；J。——硫化开始温度为t。时的硫化强度；J，——第1个间隔时间为r，时的硫化强度；J。——最后1个间隔时间为。时的硫化强度。将硫化过程按分钟划分区段，计算区段内中间时刻温度，根据该温度计算硫化强度，将硫化强度累加得到该点的硫化效应，即E—Ar[I，+J。+⋯+I。]。硫化交接处所在热板边界温度随所处热板冷却区位置不同而变化，因此计算量庞大而繁琐，本工作利用MATLAB数值计算功能解决该问题。由于传热计算图是试验得到的数据图，无法用

9、数学模型来表示，在MATLAB中根据读取传热计算图得到的20余组数据拟合成陆线嘲