液压胶管内容积膨胀系数的研究

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1、振动!测试与诊断第!"卷第#期0).;!"<);#$%&"年'月=*:;$%&"()*+,-.)/012+-31),"45-6*+575,3891-:,)616!"##&%;&>#?%$@;A,B1;166,;&%%#C>'%&;$%&";%#;%%!液压胶管内容积膨胀系数的研究!王贵桥!"张福波!"陈树宗!"李建平!"吴"迪%东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室"沈阳"&&%'&D&摘要"胶管通常是液压自动厚度控制%-*3)7-31A:-*:5A),3+)."简称=EF&!自动张力控制%-*3)7-31A35,61),A),C3

2、+)."简称=GF&!弯辊等伺服或比例系统必须使用的元件"其内容积膨胀系数!为控制系统建模的关键参数"对建模精度影响较大"但以往内容积膨胀系数主要在"%4H-!!?%4H-范围内取经验值"无法保证其准确性'为了解决此问题"首先"利用位移法分析推导了!值的数学模型(然后"设计了一种液压胶管!值的检测方法"由柱塞缸和待测液压胶管构成充满液压油的密闭容腔"通过加载系统使柱塞缸运动"实现密闭容腔内液压油的压缩及液压胶管的膨胀"由检测装置测算出密闭容腔内的体积及压力变化(最后"通过理论计算准确得到液压胶管内容积膨胀系数"为液压胶管的高精度建模奠定

3、了基础'关键词"液压胶管(建模(位移法(内容积膨胀系数(检测中图分类号"GI!%$(GJ&!";'K>实际值偏小'笔者分析推导了胶管内容积膨胀系数$"问题的引出的数学模型"设计了一种检测方法"能够准确测量胶管内容积膨胀系数'胶管通常是轧机液压=EF"=GF和弯辊等伺服或比例系统必须使用的元件"在对液压系统进行%"理论研究)&C$*高精度建模过程中须考虑胶管的影响'国内外研究表明"胶管建模主要参数为胶管的长度!内径!基于材料力学的厚壁圆筒理论"对胶管进行内)!C#*外径和内容积膨胀系数'除胶管的内容积膨胀压膨胀分析'截取胶管的一个微单元"

4、单元尺寸如系数以外"其他几个参数都容易获得'因此"胶管的图&所示'流过胶管的液压油压力为$"膨胀后的内容积膨胀系数是影响胶管数学模型准确性的关键胶管内半径为&"外半径为&"微单元内半径为&'&$参数'基于弹性变形原理"利用位移法可以获得在内胶管内容积膨胀系数的定义为压条件下管体内各点延管径方向的变形量)"*为"$$$$%&&&("$&&&*"$&&&$&%$&!!"#%'!$$&*$$""#)&$(&&)&$(&&&其中#!为液压胶管的内容积膨胀系数%4H-&("#%其中#"为管材泊松比()为管材弹性模量%4H-&'为液压胶管容腔的初始

5、容积%77!&(""为液压胶#假设胶管内半径变化为'&"则&!管的容积增量%77&("$为液压胶管内壁所承受!$&M"$&&&K"$&&&$的压力增量%4H-&'"'&&L%'&&L&&L)$$K)$$%!&&$M&&&$M&&国内外对胶管的内容积膨胀系数研究较少"通常下面分析微元体在+方向的变形'假设在胶管)?%>*内压力$的作用下"胶管圆环在+方向的变形量为按经验取值"认为其范围为"%4H-!!?%4H-'文献)>*对内容积膨胀系数进行实验研究"但忽略了"+"假设变形前胶管圆环的原始体积为"$%"变形后胶管内液压油的压缩性"得到的胶

6、管内容积膨胀系数的体积为"$$"则实际为胶管和液压油合为一体的内容积膨胀系数"较$$%#&"$%!#&$+(#&&+!国家自然科学基金资助项目%?&$"#%>!&(中央高校基本科研业务费资助项目%N&?%"%%?&收稿日期#$%&?C%#C%&(修回日期#$%&?C%DC%>>?'振"动!测"试"与"诊"断""""""""""""""""第!"卷"&"胶管内容积膨胀系数实验&;$"胶管内容积膨胀系数测量装置设计""式%&&中""#%由胶管的几何尺寸确定'因此"获得准确的胶管内容积膨胀系数的关键是精确测算出"$和""#'测量装置主要由&%

7、%B<电液伺服疲劳实验机!柱塞缸!胶管和油压传感器等组成"其结构示意图及实物照片如图$所示'图&"胶管的厚壁圆筒截面图O1:;&"GP5A+)66C65A31),Q15R)/3P1ABCR-..AS.1,T+1A-.P)65&$%+K"+&M#%&&$%+K"+&%?&"$$L#%&$K'&&K'&$&假设变形前后胶管圆环的总体积不变"即"$%L"$$"则有$$%&&$%+K"+&M"""#&$+M#&&+L#$K'&$#%&&$%+K"+&%>&图$"胶管内容积膨胀系数检测装置&K'&&将'$"'$看作高阶小量"式%>&可化简为O1:

8、;$"9535A31,:T5Q1A5/)+Q).*755UV-,61),A)5//1A15,3&&&$$$&"+#%%"&)/3P5P)65#%&$(&&"""+#%"说明变形前后胶管在轴向方向的尺寸基本不