大型液压缸缸筒的新型设计研究

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1、2013年5月机床与液压Mav20l3第41卷第1O期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．41No．10DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．10．039大型液压缸缸筒的新型设计研究庞雨花，侯军府(1．常州机电职业技术学院机械工程系，江苏常州213164；2．博世力士乐(常州)有限公司，江苏常州213161)摘要：针对长行程大缸径的液压缸，从材料成分、机械性能、焊接性能3方面论证将需要焊接的大型液压缸缸筒的材料由45钢替换为Q345的必要性。对比4种标准的缸筒强度校核方法，计算其差别，并用有限元法得到详细的应力、应变分布云图。根

2、据结果，分析最优设计方案，使设计最大程度满足要求。关键词：大型液压缸；缸简；材料；强度校核；有限元法中图分类号：TH123+．3文献标识码：B文章编号：1001-3881(2013)1O一116-3ResearchofNewDesignofLargeHydraulicCylinderCylinderPANGYuhua．HOUJunfu(1．ChangzhouInstituteofMechatronicTechnology，ChangzhouJiangsu213164，China；2．BoschRexrothGroup(Changzhou)，ChangzhouJiangsu2

3、13161，China)Abstract：Inviewofhydrauliccylinderswithlargediameterandlongstroke，thenecessityofcylindermaterialreplacementof45steelbyQ345wasdemonstratedaccordingtomaterialcomposition，mechanicalpropertiesandweldingperformance．Comparingfourkindsofstandardcylinderstrengthcheckmethod，thediference

4、wascalculated．Usingthefiniteelementmethod，thedetailstress，straindistributionsweregotten．Accordingtotheresults，theoptimaldesignwaywaganalyzedtomeetdesignrequirements．Keywords：Largehydrauliccylinder；Cylinder；Material；Strengthchecking；Finiteelementmethod液压缸是液压系统中最重要的执行元件，缸筒是的大缸径、大行程缸筒毛坯。因此，缸筒

5、的焊接已不液压缸的主体零件，它与缸盖、活塞等零件构成密闭可避免。的容腔，通过油压，推动活塞运动。现今的一些相关液压标准(如《机械设计手册》近年来，随着工业设备的大型化，液压系统的工单行本20—289页、《液压手册》)，和一些行业规范作压力越来越高、行程越来越长，这对缸筒的各方面(如《DIVT516％2002)24页，《SL41-93》13页)参数提出新的要求，其中最重要的就是材料选取和强中，对不需焊接的缸筒材料推荐使用45钢，对需要度校核。现市场上大量采用的缸筒材料是45钢，由于焊接的缸筒推荐使用35钢。而35钢由于强度太差，其焊接性能差，逐渐无法满足有焊接需求的长行程大无

6、法应用于大型缸筒，因此市场上的大型液压缸，其径缸筒设计；另一方面，现阶段的缸筒强度校核方法缸筒材料都以45钢为主。但45钢焊接性能不佳，在也逐渐无法满足长行程大型液压缸的稳定性需求。因此作者提出用Q345代替45钢作为有拼焊需求的缸筒此，寻求一种新的材料，选择更精确的强度校核方法，的原材料，具体从化学成分、机械性能、焊接性能方是大型液压缸面临的一个不得不研究的新的课题。面详细论证如下。1材料选型1．1材料成分对比目前，缸筒的主要原材料为热轧无缝管或锻钢由文献[2]可以查出45钢和Q345的含碳量区管。基于目前的国内加工工艺，不可能直接获得完整别，如表1所示。表145钢、Q3

7、45主要化学成分区别(质■分数)收稿日期：2012—03—22作者简介：庞雨花(1982一)，女，研究生，讲师，研究方向为液压系统。E—mail：pyhua2003@163．com。第10期庞雨花等：大型液压缸缸筒的新型设计研究·117·从表1可以看到：低合金高强度结构钢Q345比作者分别用文献[1]、文献[2]、文献[7]、优质碳素结构钢45钢的含碳量低了一半多，而含碳力士乐水利通用计算等4种方法校核缸筒的强度。量的高低，直接造成两种材料在加工制造方面的区CDH1缸筒的厚度比系数：别。相比45钢，Q345塑性和韧