对于变间隙密封液压缸活塞临界载荷计算与防过载策略

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1、学兔兔www.xuetutu.com变问隙密封液压缸活塞临界载荷计算与防过载策略Calculationofdeformationpistonlipsinvariableclearancesealhydrauliccylinderandoverloadpreventionstrategy陈亮，傅连东，梅波，湛从昌CHENLiang，FULian—dong，MEIBo，ZHANCong—chang(武汉科技大学机械自动化学院，武汉430081)摘要：通过分析变间隙密封液压缸变形活塞唇边的应力状态，在给定

2、活塞和变形唇边尺寸的条件下，给出了一种该类液压缸活塞临界载荷的计算方法，并据此提出了防过载策略，为变形活塞的强度设计和变间隙密封液压缸的安全使用提供了参考。关键词：变间隙密封；变形活塞；临界载荷；防过载策略中图分类号：TH137文献标识码：B文章编号：1009—0134(2015)09(下)一0083—03Doi：10．3969／i．issn．1009-0134．2015．09(下)．220引言变间隙密封液压缸是通过变形活塞唇边在液压油压力作用下产生弹性变形，使液压缸缸壁与活塞唇边之间的间隙区域减小

3、，从而减小泄漏量的一种新型液压缸。涂威旺对变形活塞进行强度仿真分析，发现变形活塞在瞬态变化过程中最大应力出现在变形唇边处。当此类液压缸所受载荷超过变形唇边弹性变形的临界值时，微小的活塞唇边会产生塑性屈曲，变形唇边在液压缸卸压后无法复位，并在多次往复运动后断裂，从而导致变图1活塞及变形唇边结构形活塞失去工作能力，造成变间隙密封液压缸无法使用。因此，作为变间隙密封液压缸关键部件的变形活∞几丁兀丁兀1T丌T丌砷塞，其承载能力严重制约了液压缸的工作能力。p1fTT／／／／／'’·本文通过应力分析，给出了变形

4、活塞临界载荷的计算方法，并在此基础上提出了防过载策略。这为变形活塞的Z强度设计和变间隙密封液压缸的安全使用提供了参考。1活塞唇边的应力状态分析i．a／／／／_lJLi1．1变形活塞的结构和受载分析图2活塞及变形唇边载荷分布区别于普通液压缸活塞，变形活塞是在活塞的两端各加工一层微薄的变形唇边(唇边厚度一般不大于变间隙密封液压缸间隙流场区域是由变间隙流场区3mm)，图1为活塞及变形唇边的结构简图，其中A、B域和恒问隙流场区域两部分组成，并且变间隙流场区域处为变形唇边，D为变形活塞的直径(ram)，L为变

5、形只是整个流场区域中的一小部分，变形唇边的变形对整活塞的长度(mm)，l为变形唇边的长度(mm)，t为个流场压力分布的影响较小，因此在分析液压缸间隙流变形唇边的厚度(mra)，d为活塞杆通径(mm)。场区域压力分布时，可将该流场近似为恒间隙流场，而图2为活塞及变形唇边载荷分布图，其中均布载荷根据恒间隙流场的压力分布特性，可求得液压缸间隙流p和P为变形活塞两端面所受的载荷(MPa)，P(Z)场沿轴向的压力分布P(z)，则：为活塞外缘所受载荷(MPa)，其值可根据液压缸间隙p(z)=Pl一z(0zL)流

6、场的压力分布特性求得。收稿日期：2015-05-04基金项目：国家自然科学基金项目(51475338)作者简介：陈亮(1990一)，男，湖北宜昌人，硕士研究生，研究方向为液压元件的结构分析及优化。第37卷第9期2015—0g(下)[831学兔兔www.xuetutu.com在本文中，假设变形活塞左端所受载荷为进油油a2，和a3分别为：压，右端为回油油压，则p：可近似的取为0MPa，因此G：D-一z。o2=o=p(z)一P11．2活塞唇边的应力状态分析(33o一P1由变形活塞的受载分析可知承受进油油压

7、一侧的唇边是变形活塞上最危险的部位，因此本文选取图2中变2变形活塞临界载荷的计算形活塞左端面的唇边作为研究对象，分析活塞唇边的应变形活塞所受载荷超过临界值时，首先发生失效的力状态。为便于进行应力状态分析，本文采用下述方式部位是唇边，唇边的材料一般为铝青铜，这类材料属于在活塞左端面的变形唇边上截取一微单元体：用两个相塑性材料，通常以塑性屈服的形式失效，适用第三强度距为dz、垂直于z轴的截面，从受载的变形活塞上截出理论(最大切应力理论)，该理论的屈服准则为：厚度为dz的薄圆环，再用半径为r和r+dr的两

8、个圆柱面以o1一o3[o】(1)及夹角为d0的两个过轴线的纵截面，从薄圆环中截出一微单元体，此单元体及其受力可见图3，其中o为轴式中许用应力】=CY／r1．，n为安全因数(一般大向应力(MPa)，G为径向应力(MPa)，6。为周向应于1)，o为变形活塞的屈服极限(MPa)，其值可通力(MPa)[41。过唇边材料的机械性能确定。将a1，o2，和a3带入式(1)，并取无纲量=D／t，=z／L可得：P≤[o]／0+0．5zD)则活塞变形唇边沿Z轴方向各处的临界载荷为：Pl=