变间隙密封液压缸活塞临界载荷计算和防过载策略.pdf

学兔兔 变问隙密封液压缸活塞临界载荷计算与防过载策略 Calculation of deformation piston lips in variable clearance seal hydraulic cylinder and overload prevention strategy 陈 亮，傅连东，梅 波，湛从昌 CHEN Liang，FU Lian—dong，MEI Bo，ZHAN Cong—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：TH1 37 文献标识码：B 文章编号：1 009—01 34(201 5)09(下)一0083—03 Doi：1 0．3969／i．issn．1 009-01 34．201 5．09(下)．22 0 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，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。 p1 fTT ／／ ／／／ ’ · 本文通过应力分析，给出了变形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 ／／ ／／ _lJLi 1．1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)