对于zc型液压缸的研究

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1、ZC型液压缸的研究赵长财　孙惠学　袁荣娟　刘助柏(燕山大学)摘　要　提出了一种新结构液压缸——ZC型液压缸(锥面法兰支承液压缸)。对该新结构液压缸进行了弹性理论研究，提出了理论计算方法；实验与理论计算吻合较好。新结构液压缸为解决大型液压缸法兰破坏问题提供了一条有效途径。关键词　液压缸　锥面　应力STUDYONZCTYPEHYDRAULIC-CYLINDERZHAOChangcai　SUNHuixue　YUANRongjuan　LIUZhubai(YanshanUniversity)ABSTRACT　Thispaperpre

2、sentsthedesignofanewhydraulic-cylinder——ZCtypehydraulic-cylinderwithaconeflangesupportandshowstheresultsofresearchonthisnewhydraulic-cylinderswithelasticitytheoryandgivesamethodoftheoreticalcalculation.Itisshownthattheexperimentalandcalculatedresultscoinidewitheac

3、hother.Thenewdesignoffersaneffectivewayforeliminatingflangedamageoflargehydraulic-cylinderKEYWORDS　hydraulic-cylinder,cone,stress1　前言　　液压缸是在锻压机械、轧钢机械等许多领域广泛应用的重要执行元件。在传统液压缸设计中主要采用平面法兰支承液压缸［1］。因法兰到缸壁过渡区处截面突然变化，使法兰部分在较大弯矩作用下产生很大弯曲应力集中［2］，导致法兰过渡区发生疲劳破坏。为此作者提出了一种新型液压缸

4、——ZC型(锥面法兰支承)液压缸。这种型式的液压缸在结构上减小了过渡区应力集中；在受力上减小了法兰承受的弯矩；为解决液压缸特别是大型液压缸法兰破坏提供了一条有效途径。2　ZC型液压缸结构　　图1为ZC型液压缸结构简图，液压缸以锥面配合支承在横梁内。加工时锥面误差应保证锥面内侧先接触，加载后锥面接触面积大于70%。因锥面支承合力对法兰截面形心的弯矩减小，使锥面法兰根部区域应力低于平面法兰液压缸相应区域的应力，从而为解决液压缸法兰破坏提供了一条有效途径。3　弹性力学分析3.1　几点假设　　(1)缸体较长，即βl＞6(l为缸底下

5、表面到A-A截面距离，β为液压缸弹性基础梁特征因数)。此时可以认为缸底弯矩及剪力对法兰处内力影响忽略不计［3］，只研究B部分。　　(2)锥面法兰H+h段内壁为导套及密封所保护，近似认为该段不受内压p的作用［1］。　　(3)锥面法兰支承面上的作用力为均布力pf，不考虑横梁刚度对支反力的影响。3.2　内力计算　　将液压缸沿A-A截面切开(图1)，以内力Q(剪力)、M(弯矩)、N(轴力)代替被切开部分的相互作用(图2)，其中Q、M、N均以r5=(1)/(2)(r1+r2)为半径的单位圆周长度上的内力。N可由平衡条件求出，即N=P

6、H/(2πr5)(1)式中　PH——液压缸公称作用力。图1　ZC型液压缸结构简图Fig.1　ThestructuraldrawingofZCtypehydraulic-cylinder　　在锥面法兰圆环①段中，锥面接触边界条件为pz=PHsinα/〔π(r32-r22)〕(2)pf=pz/sinα(3)pr=pz/tanα(4)式中　pz、pr——pf在铅直及径向的分力。　　锥面圆环①段截面形心O点位置及各部尺寸(图2)如下。ez1=｛H［Hc+h(b+c)］/2+h2(2b+c)/b｝aez2=H+h-ez1ex=［Hc

7、2/2+h(c2+bc+b2)/b］/ars=ex+r1式中　a=Hc+h(b+c)/2　　　b=r2-r1　　　c=r3-r1　　锥面法兰①及筒部②可分别按受均匀分布力偶扭转且受均布径向剪力Q作用的圆环及弹性基础上半无限长梁来分析［1，3］。由K点变形谐调方程，K点转角θ和径向位移y相等即θk1=θk2，yk1=yk2,可求得内力M、QM=(b2a11-b1a21)/(a11a22-a12a21)(5)Q=(b1a22-b2a12)/(a11a22-a12a21)(6)图2　受力简图Fig.2　Forcedfigure式

8、中　a11=-r5(K1+K2e2z2)/rs-1/(2β3D)a12=1/(2β2D)-K2r5ez2/rsb1=K1prh(r2+htanα/2)/rs-K2ez2［r5(rs-r5)N/rs+Mp］+pr1［(r22+r12)/(r22-r12)+μ］/Ea21=-1/(2β2D)+K2r5ez2