大型液压缸的强度和动态主参数的分析和研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com大型液压缸的强度和动态主参数的分析和研究口张宏洲洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳471039摘要：在大量的设计计算和实用基础上。对液压缸强度和动态主参数理论计算进行了深入研究，并对计算公式进行了修正。这样无论是新的液压缸或同类设备产品设计和液压系统设计，还是原液压缸的改造计算，都具有实际意义。关键词：液压缸液压固有频率壁厚中图分类号：rrH137文献标识码：A文章编号：1000-4998f2013)06-0009-03从17世纪60年代初，帕斯卡发现了通过对液体为切向正应力。介质的作用能够产生很大的力量，即帕斯卡定律，人(1)

2、当液压缸为薄壁小直径的缸体时，D1≤150们对流体传动逐渐产生了越来越深刻的认识，随着技mm，令卵为分段系数，则缸体壁厚6为：术进步和不断的发展，依据流体运动的特性，即工作6=(JD2一D)／2平稳，振动和噪声较小。具有过载保护性，易于大行当叩=>6时，由弹性理论可得：0程、大空间、大负载工作，运行速度平稳可调，负载力8=PD。／(2Eo-])(2)平稳可调等，这些特点优于机械等其它方式的传动，式中：[]为许用应力，[]=o-dn，Orb为屈服强度；n为故广泛应用于矿山机械、冶金、汽车、家电、航空、航安全系数，一般可取4～5。天、轮船等各个行业，同时也广泛应用于防爆、防腐、(

3、2)当D1>150mm时，≤6，其为厚壁大直径缸井下采矿、有毒有害、易燃易爆等特殊要求的行业中。体，根据弹性理论可得：对其深入研究是各个行业的发展要求，对流体驱动的器(一等)(3)动力源．即液压元件中的液压缸的强度和动态主参数=面PDI(4)进行分析和研究，能够更好地开发研制和设计产品，~(1+022)—x,-J---J：~、匹配、节能的液压系统的应用具有重要意义。式中：D为任意直径处。通过上式可以看出，最大应力值是在内壁上，将D1强度主参数用D代替，代入式(3)和式(4)可得：大型液压缸的受力状态是相当复杂的．常因疲劳fO'r---P(5)破坏而发生失效。特别是大型厚壁筒液

4、压缸，一旦失ft：D2丝D12P(6)效，往往会使设备处于瘫痪状态，给使用单位造成很-2大的损失。对大型液压缸的正确理论分析，有助于液从式(5)及式(6)式可得出相应的厚壁缸体壁厚压缸的正确设计和使用。目前的强度分析主要根据弹的公式，将[]取代经过整理可得：性强度理论。对于大型厚壁长行程液压缸的强度主参≥D、／(7)数，主要体现在缸筒厚度的计算，其等效为等厚度受式中：[or]为许用应力，其取值同上。均匀分布内压的厚壁圆筒液压缸体，如图1所示。对于式(2)和式(7)在多年的应用中，所设计的各图1所示为轴对称受力问题．P为均匀分布的内种设备的油缸均能安全、可靠、稳定地运行使用。当

5、油压，D为缸体内径，D：为缸体外径，为径向正应力，缸直径接近150mm及分段系数接近分界值附近时，可根据所设计的液压缸的重要性和功能性。利用式(2)和式(7)同时进行综合计算分析，依据条件对计算结果进行比较后，适当选取壁厚值。2动态主参数大型液压缸一般驱动大惯量负载，负载运动的动态平稳性是设备整体稳定性的基本要求。液压缸动态平稳性的主参数是固有频率的计算和校核，其值的确收稿日期：2012年12月机械制造51卷第586期2013／6学兔兔www.xuetutu.com定直接决定了负载运动的加、减速度，而且对设计稳二阶振荡环节，将式(12)与式(8)的相关系数进行对定、负载匹配的

6、液压系统也具有重要的意义，同时对设应，可得出对应于式(8)中的等效负载质量m，等效弹备的运行速度、工作频次等都有决定作用。簧刚度，等效阻尼系数c，利用这些数据可得出相2．1系统方程建立应的09。此处主要考虑固有频率的计算，可得出系实际的液压缸系统是一个复杂的非线性振动系统固6-频率：统，很难对其直接建立非线性方程关系，而通过对其近n===、匦Vzm(13)似地建立相应的线性方程来进行分析，往往可以接近于实际特性。对现有的液压缸系统进行近似的线性系式(13)为带泄漏及阻尼的固有频率公式，无阻尼统分析建模，如图2所示。无泄露时，固有频率为：图2中的(a)是典型的二阶振荡环节系统，

7、其力学(14)方程为：式(13)及式(14)对于短管路液压油缸固有频率计m+。誓+yF(8)算是适合的，但对于大型的液压缸，往往其管路分布较式中：m为负载质量；y为位移；c为阻尼系数；后为弹长．从液压缸进、出油口到控制阀之间的距离长，如图簧刚度；F为负载力；￡为时间。2中(b)所示，计算时需要考虑管路中的液体质量对整该系统的传递函数为：个弹性系统的影响。在图2(b)中，假设左端为高压腔Pl，右端为低压腔尸2，一般低压腔通过阀与油箱相通，G㈥=器=—OJnZS％2g'tO．S+1(9)使等于零，但实际工作