带式包装机卷取过程计算模型的开发外文文献翻译、中英文翻译

附录 1：外文翻译带式包装机卷取过程计算模型的开发摘要本研究介绍了卷带机的卷绕机构，以研究卷绕成功的平衡力。通过建立有限元（FE）模型，通过套管上的皮带包裹物将条带缠绕 2 至 3 圈而不缠绕张力 T， 然后将 T 施加至靠近压紧辊的条带的相对侧，并且将包裹物同时从条形线圈中取出。另外，对应于有限元模型的分析模型由厚和薄圆柱定理定义以量化卷绕机构。对这些变量如何相互影响，转换成压力 P N/m2和 P 是否分别检查皮带包装物 E N/m2的弹性，卷取机张力 T N/m2和摩擦系数用于计算带状线圈何时解开。例如，当 E 为低于1 109对应于( , = ,0.877)时，带卷被解开。最后，根据 E 将最外面的套筒r,o, N / m2上的径向应力与先前的带槽接头的卷绕方法进行比较，以了解这些方法为什么不同。基于这些结果，本文提出了卷绕标准以避免包装机的卷绕失败。关键词：接触压力径向应力接触层径向变形静摩擦力带卷由一根芯轴，夹送辊，带槽接头，皮带包装机和电动机卷绕而成，其卷取量和类型由钢铁行业的客户或工程需求决定。卷绕方法可以根据钢带的端部如何与转子连接来分类，但由于卷绕张力 T 的压力积聚，卷材的内部通常比卷材的外部承受更大的压力。如果卷取层超过其极限，则线圈的套筒和内部将首先变形。即使卷绕过程使用沟槽接头将带材的端部直接固定在转子上，已经对套管进行了应力分布，不锈钢的残余应力，线圈塌陷，和卷取张力控制的研究，但卷绕过程使用皮带包装在之前已经研究过。由于该项目需要使用有限元方法计算带钢卷材的滑动，并且计算模型很难定义橡胶和接触层的非线性行为，因此经验手册在实际卷取操作中非常有效。为了详细了解卷取机构，本文建立了卷取过程的有限元（FE）模型和分析模型，该卷取过程使用一种称为条带头端定位在自由张紧卷轴上的带式包装并且已经进行了研究，并给出了物理方法通过比较压力和应力分布。有限元模型包括几个卷取阶段：（1）用卷绕包装纸卷取带材上的带材而不卷取张力 T，（2）在没有带包装纸的情况下在带材的相对侧上施加 T，以及（3）旋转套筒和通过使用两种模型，建议根据皮带包皮 E 的弹性和套筒最外侧的摩擦力比较来分配压力， 以解释带状线圈如何结合。最后，比较了与皮带缠绕物缠绕并且与沟槽接合处缠绕以显示应力分布趋势的套筒上的径向应力。卷绕过程由套筒，条带和皮带包装（图 1）组成。该过程分为三个阶段。首先，将带材缠绕在套筒上，并从带包装物压缩。条带是自由的，没有卷绕张力 T。通常，套筒转动两到三圈以在接触层之间产生摩擦力。在这个模型中，套筒旋转了大约 2.125 圈。接触层之间可以施加的摩擦随着旋转次数的增加而增加。当套筒停止时，将 T 施加到带材的相对侧，并且将带材包装物同时从带材卷材移除。由于去除了皮带包装，接触层之间的接触压力瞬间下降，但是 T 抓住了带状线圈并且停止了压降。最后，套筒和带状线圈由马达带 T 旋转。在此阶段，由于带状层压导致接触压力增加。图 1用皮带包装机卷取过程基于卷绕机制，我们使用 ABAQUS 建立有限元（FE）模型（图 2）。在第一卷取阶段，钢带以套筒的角速度1盘绕，并且所有部件由于使用摩擦系数的接触定义而彼此接触。在第二卷取阶段，将 T 施加到带的右侧，并且套筒停止， 助卷机被移除，并且转动 2.125 转的套筒和带卷以3旋转。该模型由许多元素和节点组成，因此为了给出物理意义，应该选择特定元素和节点。在本文中，选择套筒的最里面和最外面以及皮带包皮来分析接触压力 P，径向位移和径向应力之间的关系。图 2FE 多卷绕过程的动态模型通过与有限元模型进行比较，开发了一种分析模型来量化卷绕过程。该分析模型基于前面的定理，并且在 MATLAB 中定义了两个工程问题：（1）套筒旋转两次时的 P 分布和（2）第三卷绕阶段的摩擦比较。在应用 T 之前，带材的端部，套筒，带材卷材和带式包装材料相互压缩（图3），螺旋形带材的变形难以量化，因此我们假定带材的变形线圈并将变形与 FE结果进行比较以验证它。图 3套筒和带状线圈旋转 2 圈的示意图最初，即使带状线圈实际上卷绕在有限元模型中的套筒上，带状线圈也会受到带状包层的压缩，因此带状线圈的厚度较薄且带状线圈的长度较短。尽管开发了 FE 和分析模型来比较第二卷取阶段结束时的物理现象，但应该修改分析模型的初始条件。即使 FE 模型实时复制卷绕过程，分析模型也会显示我们想要调查的结果。如果假定条形线圈初始层叠在套筒上，则分析模型的条形线圈的长度将比第二卷绕阶段结束时的 FE 的长度长得多。这一事实表明，带状线圈应具有不同的初始半径来复制卷绕机构（图 4）。带状线圈结构在套管和皮带包皮之间的外部和内部压力下与薄壁圆筒相同，因此我们将线圈 1 定义为线圈 1 r,，线圈1 的最内半径。在这个问题中，我们有五个未知数- P,，r,，r,， r，r,和五个边界条件的代数方程（方程1到5）。带状线圈很薄，因此假 设它在相同的弹性应变下变形，而与半径无关。用 5 个代数方程和 5 个未知数，用不同的线圈 1 求解代数方程，并且通过 MATLAB 循环重复选择最佳拟合 线圈 1。图 4分析模型的图表（1）套筒最里面的径向变形为零：1 (2 , 2 ,),), = (,22,1 + vsleeveEsleeve(Pi,sleeve Po,sleeve) r2 r2+(Esleevei,sleeve(r2r2)ri,sleeveo,sleeve) = 0o,sleeve（2）皮带外包装的径向变形为零：i,sleeve1 (2 , 2 ,),), = (,22,1 + (, ,) 2 2+(,(22),) = 0,（3 到 5）接触层之间的每个边界半径应该是相同的（r,= r,1 =r0,1 r,2 = r）：r,2,r, + r, r,coil,renew = 0 r, r,2, = 0r,2, r, ur, = 0ri,coil1 = r, + 1，r,1 = r,1 + ，r,2 = r,coil1，r,coil2 = r,2 + t，其中u,i m和u,o m是最内层和最外层的径向位移，是泊松比，E N /2是弹性，ri m和ro m是半径最内侧和最外侧分别是P N / 2和P N / 2 分别是最内侧和最外侧的压力，t m是条的厚度， N / 2 ， N / 2 和 N / 2分别为径向，圆周和纵向应力，和分别为径向，圆周和纵向应变。除E外，所有设计变量和操作条件都是固定的。分析模型包含这些变量部分是因为它涵盖了特定时刻的工程问题。我们进行参数分析来量化卷绕过程。首先，将 FE 模拟为在不同的E处进行模拟，然后获得P,，P,，P,，P,以比较分析模型中的那些以量化卷绕期间的压力分布。所有的结果都是在套管和带状线圈转动两圈而没有 T 时获得的，并且通过观察线圈松开时的压力分布如何变化来检查。当卷绕过程成功时，我们使用有限元模型对带钢进行卷绕，并使用足够的E。线圈内部的接触压力应该检查，以防止在卷绕过程之后将芯轴从套筒内部移除后其大的变形。当 T 太高或带卷过多时会发生这种变形。我们预计套筒最外侧的径向应力, 会随着 E 带的增加而增加。我们根据E 检查力,，将这些值与带沟槽接头的卷绕过程进行比较，并分析卷绕方式如何影响应力分布。滑动区和无滑动区分别定义为表示具有 2.125 转的带状线圈是否完全结合， 尽管在卷绕过程中接触层总是滑动。套筒的内部和外部压力以及皮带包皮分布根据E而变化（图 5）。 ln（P）与 ln（E）之间的关系大部分是线性的，当 ln（E） P, P, P,，当 ln（E）22.7 时， P,P, P, P,。然而，这种趋势并不重要，因为无论这些压力变化如何E都足够大。在 ln（E）20.50 时，卷绕过程由于带卷滑移而失败。为了避免卷绕失败，带包装应该提供足够的压力，其对应于 ln（E） 20.5，即E = 20.5 = 8 108 Pa。图 5 压力 vs E。1 区：滑动区域（卷绕失败）； 2 区：防滑区（卷绕成功）P,/P,随E变化（图 6）。 在E 2.5GPa 时，P,/P,不断减小，而P,/P,的最大值 ，1PaE2.5GPa 时，P,/P,成功卷绕的成功率约为 87.7。在此间隔中，带钢卷的最内层滑动几圈，直到通过额外的卷取提供足够的压力。这一观察结果意味着，如果不需要带钢卷的最内层， 那么卷取过程可以在P,0.877P,的情况下运行。 建议的有限元模型和分析模型就线圈松动的条件达成一致，所以即使先前的工作完全依赖于技术经验，它们也可以通过改变设计变量和运行条件应用于卷绕过程。图 6根据E，P,sleeve与P,之间的关系。 区域 1：滑动区域（卷绕失败）; 2 区：部分滑移区（卷绕成功）; 区域 3：防滑区域（卷绕成功 E）如果不允许在接触层之间滑动，T 的切向力总是F。然而，当皮带包装被移除时，尽管接触摩擦较高，但滑动和粘连一起发生。因为该接触压力大于其他接触压力，所以当预测套筒与第一卷绕层的内侧之间的接触时，可以控制带卷的滑动。 当E 随着 0.5 或 150 GPa 变化时， , ,的变化情况不同（图 7）。 为了卷绕钢带，,应该,。其中A,是套筒的曲面面积，E（）是平均值。图 7与不同E的径向应力比较。（a）：E= 0.5GPa;（b）：E= 150GPa;实线：,; 虚线：,利用 4.1 节的分析模型，这个标准可以用来计算合适的 T。例如，通过使用解析模型计算套管和线圈的 P 和之后，可以通过将所有变量代入方程式来计算T。当真实卷取张力T T 时，可以预计卷材的滑动。,在缠绕过程中与皮带包皮或带沟槽接头一起显示，以查看这些应力分布趋势。随着卷材数量的增加，套筒随着皮带包装和沟槽接头线性减少（图 8）。这些线具有不同的数据范围，因为包含不同Ebelt的有限元模型花费很长时间来计算数值解，并且在收敛数值解的步骤之间具有不同的数值迭代增量，但是这些分布不会影响卷绕机构的调查。有时候，,带包皮的套筒高于,，开 始卷绕时带有凹槽接头的套筒， 但这种趋势并没有持续很长时间。在许多,分布中，如果E相对较高，,带包皮的套筒接近,带有 凹槽接头。这些结果意味着我们可以减少,，并且可以通过减少皮带包裹物的压缩来增加线圈的数量。图 8 径向应力分布。线条：卷绕使用皮带包装; 字段圈：卷绕使用沟槽接头，表示增加本文使用有限元卷曲模型和分析模型来研究使用皮带包装机的卷绕系统;它将条形卷材压在套管的最外表面上，然后量化套管和条形