为满足板式换热器行业对板片压制精度的需求,设计一种超高压板片成型液压机。该设备主要采用钢丝缠绕框架及超高压工作油缸,精度高、运行稳定,具有良好的经济效益。文章简要介绍了板式换热器行业的发展情况,分析了板片成型液压机的结构组成和关键技术。

本文给出预应力钢丝缠绕有限元分析的三维模型和轴截面平面应力模型两种模拟方法。以80MPa内压的50MN预应力钢丝缠绕液压缸为算例进行有限元模拟,将钢丝层简化为六层圆筒,分别施加预应力和边界条件,两种模型均能得到相同的计算结果。但轴截面平面应力模型计算效率更高,结果更容易收敛。在求解方法处理上,将各钢丝层预应力按一个载荷步施加;将每层钢丝载荷工况定义为一个载荷步文件,后一载荷步文件删除前一载荷步载荷,采用载荷步文件法求解,按工况组合的方法将这些载荷步计算的结果叠加在一起;以及采用多载荷步方法计算。三种方法得到了相同的结果。

剖分坎合是钢丝缠绕液压机的关键技术，坎合副的抗剪性及其抗疲劳性对模锻液压机使役期间保持机架完整性至关重要。坎合原理及抗疲劳性方面研究工作的不足限制了该技术的推广和应用。设计坎合疲劳试验夹具，对液压机本体小试样坎合结构进行切向等幅循环载荷疲劳试验。分析坎合结构切向循环载荷条件下三个阶段的载荷-位移循环特性；建立坎合结构疲劳指数模型，当载荷比R=0.1时，坎合结构疲劳量纲一载荷极限为Ft＊max=0.74；研究量纲一切向载荷幅值与均值 a mF＊-F＊关系，得到坎合结构疲劳等寿命曲线；提出基于Miner线性累积损伤理论的坎合结构疲劳累积损伤准则。实现了钢丝缠绕模锻液压机坎合结构的安全性评估和寿命预测。

建立了钢丝缠绕液压机机架的整体式和分开式的有限元模型，分析了该机架预紧状态、工作状态下的应力分布。与电测试验结果的比较表明：两个模型在半圆梁对称面处的应力分布无影响，但只有分开式机架能够预测出开缝压力。获得了预紧力从300kN～1130kN变化时，液压机开缝压力的变化规律。

现代重型模锻液压机以极高的压制强度为特征。为了实现高强度压制、减小设备体积、减轻重量并且控制制造难度和成本，大吨位超高压预应力液压缸以及高强度、高可靠性、高疲劳寿命的预应力钢丝缠绕承载机架是重要的技术手段。超高压大间隙密封，可靠、无应力集中的液压缸结构，以及高承载能力的预应力设计是设计和制造大吨位超高压液压缸必须解决的关键技术问题。而预应力结构可以提高结构的抗疲劳性能，特别是预应力钢丝缠绕结构可充分发挥材料的强度潜力、减小结构体积和重量，降低加工制造难度和成本。