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大型平板硫化機是輸送帶、傳動帶等制品硫化廣泛采用的設(shè)備。硫化是橡膠制品生產(chǎn)的最后也是最重要的一道工序，硫化過程控制直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、能源消耗和生產(chǎn)效率等的改善。時間、溫度和壓力是硫化工藝過程中的三要素，時間和壓力能夠精確控制，但溫度精確控制卻很難，而熱板的溫度場分布狀態(tài)與制品的硫化質(zhì)量和生產(chǎn)效率密切相關(guān)。
本研究通過Pro/E軟件中的Mechanical模塊，對平板硫化機熱板進行溫度場有限元分析，從而獲得合理的熱板結(jié)構(gòu)，以期為解決橡膠制品硫化質(zhì)量問題提供參考。
本研究熱板為電加熱板，由熱板及電熱器等組成，如圖所示。電熱板在熱板內(nèi)有一排等距橫向孔道，以便裝入管形電阻加熱器，為了安全，接電線部分裝有罩蓋。這種電熱平板使用較方便，也可達到較高的溫度，適用于無熱源的地方。
本研究采用Pro/E 5.0軟件建立CAD實體模型，加熱孔間距相同，均為70 mm。
由于熱輻射分析是高度非線性的，會造成計算量成倍增大，從而降低求解效率，因此在邊界處忽略了輻射換熱的影響，只考慮對流換熱邊界條件(已知條件如下)。
對所有孔道施加均勻穩(wěn)態(tài)的熱載荷((5 kW)，設(shè)定四周邊界條件：體表溫度為均勻穩(wěn)態(tài)(20℃)，對流換熱為均勻變化5 W (m2/K)，上下邊界條件：體表溫度為均勻穩(wěn)態(tài)(25℃)，對流換熱為均勻變化0.4 W (m2/K)，設(shè)定材料為鋼。
熱板的不均勻溫度場會導致制品硫化強度不均勻叫，為獲得更加合理的熱板和膠料溫度場分布，對熱板孔間距進行優(yōu)化。由于熱板中央易產(chǎn)生熱量積聚，因此增大中間部分孔間距，從左到右各孔編號依次為1-12。
空間變化采用坐標函數(shù)表示：定義函數(shù)SpatialFunc 1，定義變量符號為：Y0，Y為300,600, 900和1200mm時，相應(yīng)熱載荷分別為1. 0，0. 7，0. 4，0. 7和1.0kW。
前處理完畢后，系統(tǒng)檢查邊界條件的有效性，驗證通過后進行有限元計算。
對比溫度場分析結(jié)果后，可進一步通過點查詢功能查看膠料的溫度分布狀況。熱板結(jié)構(gòu)優(yōu)化前，熱板最高和最低溫度分別為177和154℃，膠料最高和最低溫度分別為177和164℃；熱板結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，熱板最高和最低溫度分別為296和270℃，膠料最高和最低溫度分別為292和286℃。膠料溫差由優(yōu)化前的13℃降為6 0℃。
由此可見，增大中間部分孔間距有利于膠料溫度場均勻分布。
本研究通過對平板硫化機熱板溫度場進行有限元分析得出結(jié)論：由于熱板中央易產(chǎn)生熱量積聚，因此中間部分孔間距應(yīng)比兩側(cè)位置大一些。本研究闡述了利用Pro/E軟件對平板硫化機熱板進行有限元分析的基本步驟，為此類機械產(chǎn)品的分析計算提供了一種可行的解決方案，對解決制品硫化質(zhì)量問題具有參考意義。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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