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快锻压机不同泄压时间下油缸的有限元动力学分析

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-08-02  来源:中国钣金网  浏览次数:108
核心提示:  油缸作为液压机的关键部件,工作寿命不仅取决于其自身质量设计,很大程度上还受到工作条件的影响,特别是大吨位的快锻压机,由于锻造载荷大、速度快、频率高,如果压机液压控制系统设计不合理,必然使快锻工况下

  油缸作为液压机的关键部件,工作寿命不仅取决于其自身质量设计,很大程度上还受到工作条件的影响,特别是大吨位的快锻压机,由于锻造载荷大、速度快、频率高,如果压机液压控制系统设计不合理,必然使快锻工况下侧缸受力情况变坏,影响其使用寿命。

  压机液压控制系统的主要工作过程为快降、施压、卸压、回程四个过程。施压结束后,在回程前,应对高压大容量液压缸存储的大量能量缓慢释放,即有一个泄压过程,泄压时间不能太短,突然泄压会产生较大压力冲击,它不仅会损坏密封装置、管道和液压元件,还会引起振动和噪声;泄压时间也不能太长,否则会使整个作业周期延长,工作效率降低。因此合理地设计快锻压方向为材料加工及锻压设备。

  机满足冲击振动的最小泄压时间,对改善整个压机的工作品质、保证锻压产品质量、提高工作效率、减小冲击振动及防止油缸过早失效具有重要意义。

  针对80MN快锻液压机系统,因快锻工况下频率最大,相应与压机快锻工作装置直接有关的液压执行元件侧缸的受力状况最差,冲击振动也最大,因此为了合理地设计快锻压机满足冲击振动的最小泄压时间,研究分析泄压时间的大小对侧缸的应力、应变的影响是关键的一环。本文采用有限元方法对80MN快锻压机不同泄压时间下侧缸进行了动力学分析,通过应力、应变云图,得到了侧缸应力集中、变形最大的主要部位及泄压时间对侧缸应力、应变的影响。

  1初步确定泄压时间最小值在液压系统中,如果把液流速度u限制在4.5m/s以内,使产生的冲击压力Ap5MPa,则可以认为系统是安全的。因此我们可以分析与侧缸相连的高压管道,使之满足不产生冲击压力要求的泄压时间作为初步估算的最小泄压时间。

  研究对象。管道材料采用16Mn/Q345B,材料弹性模量E=2.06e11;油液采用N68,油液体积弹性模量,取k =1400MPa;锻压力达到42MN时,侧缸运动速度5~150mm/s;侧缸柱塞直径790mm,行程2据管道液流速度突变引起冲击压力公式:c冲击波在官中的传播速度,取c Au从泄压开始到结束,管道液流速度的变2.1约束条件确定液压缸在工作时,高压液体通过柱塞反作用于缸底的液压力,通过缸壁传到法兰部分,靠法兰与衡梁支承面上的支承反力来平衡,假设,横梁的支撑反作用力为一圈集中力,对所施加的集中载荷,作用在法兰接触面的平均半径的圆周上,其大小为整个圆周上总的载荷;法兰支撑处,因液压缸用螺栓与横梁固联,因而经法兰上表面各节点垂直方向自由度受到约束;缸内壁,假设液体压力在同一时刻均匀作用于密封以上缸底以下的部分,密封处,从密封上段开始,压力呈三角形分16布向下递减,到下段压力降为0,因此密封处压力不仅是时间的函数,还与位置有关。此外出于安全性考虑,以柱塞外伸的极限状态来分析,只要侧缸在此位置满足强度、刚度等性能要求,则在其它位置状态下均能满足性能要求。

  2.2参数加载由精整时锻造频次75次/分,求得加载周期:T=0.8s.、分别为泄压时间为0.03s、0.06s压机快锻时四个工作过程的近似加载曲线及最大载荷时有限3模型求解在整个加载过程中应力、应变达最大值对应时间下部分应力、应变云图及侧缸应力、应变达最大值时对应节点在不同泄压时间下结果项时间历程曲线,为节约篇幅,只列出其中主要几项。

  0.06s泄压时间下侧缸应力、应变云图我们将两种泄压时间下波动峰值列表如表1所示。

  表1泄压结束后各结果项的波动峰值结果项0.03s泄压时间0.06s泄压时间时间波动最大值时间波动最小值时间波动最大值时间波动最小值Y-位移0.720.214由e知,0.03s泄压时间下,在整个侧缸加载周期内,0.59s时侧缸的当量应力达最大值,比载荷最大值加载时间超前了0.01s,由d知,当量应力最大值为177.371MPa;由e知,0.06s泄压时间下,在整个侧缸加载周期内,0.56s时侧缸的当量应力达最大值,也比载荷最大值加载时间超前了0.01s,由d知,当量应力最大值为176.933MPa;同理可比较其它结果项,可得出只要侧缸在整个加载过程中最大载荷值不变,泄压时间基本不影响侧缸的应力、应变各结果项最大值,并且⑷当fi应力0.03s泄压时间下应力、应变时间历程曲线0.06s泄压时间下应力、应变时间历程曲线可看出,两种泄压时间下,X向最大变形都发生在缸筒中部;Y向最大变形都发生在进液口处,这是因为液压缸在内部高压油液作用下,进液孔处向外作喇叭状变形所致;综合最大变形发生在缸筒中部靠近缸底处,其次发生在缸底进液口处。第一主应力最大值发生在缸筒中部偏向法兰处;X、Y向最大应力发生在装密封圈开始的部位,其次发生在缸底部位,这主要是因为在密封部位和缸底部位存在过渡圆角,产生较大应力集中;当量应力最大值发生在法兰到缸体的过渡圆弧处,且超前于最大载荷的加载时间,可看出,两种泄压时间下的当量应力值都在许用应力范围内,因此该侧缸满足(上接第14页)BP神经网络仿真图强度的要求。总之,侧缸容易发生应力集中的部位(即容易失效部位)主要集中在三个部位,一是法兰与缸连接的圆弧部位;二是缸壁缸底过渡的圆弧部位;三是装密封圈的部位。

  由、知,减小泄压时间主要影响泄压时间后侧缸的轴向变形,X、Y向应力及第三主应力,而对侧缸的径向变形、当量应力等项基本不影响。由表1可得,0.03s与0.06s泄压时间相比,Y-位移波动幅值会增加73%,X-应力波动幅值会增加54%,Y-应力波动幅值会增加54%,第三主应力波动幅值会增加156%,由此可看出,泄压时间越短,泄压结束后应力、应变波动越剧烈,因此可以满足应力、应变的波动幅度作为初步设计最小泄压时间的个条件。同时也可看出合理设计液压控制系统的泄压时间,对改善侧缸的动态品质是很重要的。

  5结论泄压时间作为快锻压机的一个动态性能指标,其值的大小直接影响系统的性能,具体值除与系统构成,阀的结构、设计参数有关外,还与装配质量及实验环境有关,很难精确确定其大小。本文从泄压时间影表1液压系统故障表系统压力卸荷阀游遣陪1压油温度故障原因较低正常较高液压泵故障较高正常偏高溢流阀设高较高溢流偏高油路堵塞表2神经网络训练样本集样本序号样本输入目标输出只表3测试样本输出结果测试样本期望1出BP网络输出itPSD-BP输出响压机冲击振动的角度出发,在初步确定最小泄压时间基础上,侧重分析了快锻工况下不同泄压时间对侧缸应力、应变的影响,得到改变泄压时间基本不影响侧缸应力、应变最大值的结论,但减小泄压时间,却使泄压后侧缸的轴向应变、X、Y向应力等性能指标发生较剧烈的波动,从而可为进一步确定最小泄压时间提供理论依据。

 
 
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