液壓拉力試驗機通過兩個推力油缸拉動主動小車來對試件進行拉力實驗。兩個油缸的不同步,促使主動小車邊輪承受巨大載荷。為保證整機在最大拉力下能正常工作,非常有必要對嚴重不同步時的偏載力進行校核計算。
液壓拉力試驗機
1.偏載力的計算物理模型
偏載的產生主要是由拉力機兩油缸運動不同步所造成的。在液壓拉力試驗機中,兩推力油缸的同步由圖1所示的液壓系統中采用了同步閥8的同步油路來保證。由于同步閥的精度有限,會造成進入油缸的流量不一致,而兩油缸相同,缸徑Ｄ相等,因此造成了油缸速度的一快一慢。
圖1：拉力機液壓系統
兩推力油缸分別在Ａ、Ｂ處通過銷軸跟主動小車相連,見圖2。試件通過拉桿在Ｏ點與小車相連。
圖2：主動小車
油缸活塞桿伸縮速度的不一致會導致小車有轉動的趨勢,此時側輪與邊梁接觸產生偏載力阻止小車轉動。當右油缸伸出動作比左油缸快時,右油缸對小車作用力比左側大,此時小車在水平面的受力分析如圖2所示。
2.最大偏載力的分析
2.1 小車受力分析
根據圖2的受力分析,在這里假設右油缸動作比左邊快,即Ｆ1>Ｆ2,由于小車動作緩慢,可得出小車受力平衡公式及力矩平衡公式:
Ｆ1+Ｆ2=Ｔ (1)
Ｎ1=Ｎ2=Ｎ (2)
Ｆ1·Ｌ1-Ｆ2·Ｌ2=Ｔ·Ｌ3 (3)
式中:Ｔ———試件對小車產生的作用力,Ｎ;
Ｆ1———右油缸對小車作用力,Ｎ;
Ｆ2———左油缸對小車作用力,Ｎ;
Ｎ1———右側輪所受支承力,即偏載力,Ｎ;
Ｎ2———左側輪所受支承力,Ｎ;
Ｌ1———右油缸安裝銷與拉桿安裝銷的距離,ｍｍ;
Ｌ2———左油缸安裝銷與拉桿安裝銷的距離,Ｌ1=Ｌ2=770ｍｍ;
Ｌ3———兩側輪之間的距離,Ｌ3=760ｍｍ。
2.2 油缸作用力不平衡性分析
由于受同步閥精度影響,導致兩推力油缸對主
動小車產生的實際作用力不相等,系統背壓忽略不
計,油缸作用力與油壓關系如下:
Ｆ1=Ｐ1Ａ1 (4)
Ｆ2=Ｐ2Ａ2 (5)
式中:Ｐ1———右油缸無桿腔的油壓,ＭＰａ;
Ｐ2———左油缸無桿腔的油壓,ＭＰａ;
Ａ1、Ａ2———兩油缸無桿腔面積,ｍｍ2。
同步閥兩出口流量的壓差計算公式如下：
流量的壓差計算公式
式中：Ｑ1———通過同步閥進入右油缸的流量,Ｌ/ｍｉｎ;
Ｑ2———通過同步閥進入左油缸的流量,Ｌ/ｍｉｎ;
Ｃｑ1、Ｃｑ2———流量系數,Ｃｑ1=Ｃｑ2;
Ａ3、Ａ4———節流口面積,Ａ3=Ａ4;
ΔＰ1=Ｐ-Ｐ1,ΔＰ2=Ｐ-Ｐ2,其中Ｐ為系統壓
力,由于前面已假設Ｆ1>Ｆ2,故Ｐ1>Ｐ2,ΔＰ1>ΔＰ2,同步閥進入調整狀態,設其兩出口流量關系為：
Ｑ2
Ｑ1=1+Ｓ (8)
其中Ｓ為同步閥的同步精度。
此外,兩油缸無桿腔面積相等:
Ａ1=Ａ2=Ａ (9)
綜合等式(4)～(9)可以得出兩油缸作用力的
計算式如下：
Ｆ1=[Ｔ+(Ｓ2+2Ｓ)·Ｐ·Ａ]/(Ｓ2+2Ｓ+2) (10)
Ｆ2=[(1+Ｓ)2·Ｔ-(Ｓ2+2Ｓ)·Ｐ·Ａ]/(Ｓ2+2Ｓ+2) (11)
2.3 偏載力計算
由式(3),(10),(11)可以得出偏載力的計算式
如下:
Ｎ=Ｆ1·Ｌ1-Ｆ2·Ｌ2Ｌ3=(Ｌ1/Ｌ3)×[(Ｓ2+2Ｓ)·(2Ｐ·Ａ-Ｔ)/(Ｓ2+2Ｓ+2)] (12)
從公式(12)可看出,偏載力Ｎ隨同步精度Ｓ的提高而減小,隨小車兩側輪之間的距離Ｔ的增大而減小,隨小車兩側輪之間的距離Ｌ3的增大而減小。
3.結論
拉力機偏載嚴重影響它的正常工作。分析了其產生的原因。通過力學分析,得出了偏載力的計算公式,為液壓拉力機整機的設計提供了理論指導。
同時發現,同步精度和小車側輪間距對偏載力的大小有重大影響,設計時可以合理選擇和調節這兩個參數以減小偏載力。
來源：天氏庫力 發布日期
2018-12-17 瀏覽：
