锥环碟簧式锁紧液压缸锁紧力研究.docx

锥 环 -碟 簧 式 锁 紧 液 压 缸 锁 紧 力 研 究黄长征1 ，鲁腊福2Study on locking force of cone ring-disc spring locking cylinderHUANG Chang-zheng1 ，LU La-fu2( 1 韶关学院 物理与机电工程学院，广东 韶关 512005; 2 韶关液压件厂有限公司，广东 韶关 512005)摘 要: 锥环-碟簧式锁紧液压缸是一种新型锁紧液压缸。锁紧力是其关键参数之一，该力的大小影响液压缸的工作性能。综合考虑碟簧、锁紧套、活塞杆的材料、尺寸、锁紧套与活塞杆的间隙、碟簧的压缩量等 因素，研究了锁紧力的计算方法。工程实践表明，理论计算与试验结果相互吻合。关键词: 液压缸; 锁紧液压缸; 锁紧力中图分类号: TH137 51文献标识码: B文章编号: 1000-4858( 2011) 04-0062-031引言机械锁紧式液压缸有很多，常用的有套筒式、刹片式、钢球摩擦式、滚子摩擦式、内涨式、卡环式、楔块-卡环式和锥环-碟簧式锁紧液压缸等。锥环-碟簧式锁紧 液压缸是一种新型锁紧液压缸1 3。锁紧力是其重要 参数之一，必须大小合适; 若锁紧力过小将锁不紧，锁 紧力过大将难解锁。影响锁紧力的因素很多，例如碟 簧、锁紧套、活塞杆的材料、尺寸，锁紧套与活塞杆的间 隙，碟簧的压缩量等。倪江生基于材料力学研究了钢 球锁 紧 式 液 压 缸 的 锁 紧 力 计 算4 及 内 涨 式 锁 紧 液 压 缸锁紧力 的 设 计 计 算5 7。目 前 还 未 见 锥 环-碟 簧 式 锁紧液压缸锁 紧 力 的 研 究 报 道。下 面 介 绍 锥 环-碟 簧 式锁紧液压缸的工作原理、特点及其应用，重点介绍综 合考虑这些影响因素的条件下锁紧力的设计计算。1 缸底 2 油孔 A 3 活塞 4 缸筒 5 活塞杆 6 油孔 B7 导向套 1 8 油孔 C 9 锁紧器活塞 10 开口锁紧套11 压套 12 锁紧器套筒 13 碟簧 14 调整垫片 15 缸盖图 1 锥环-碟簧式锁紧缸原理图3锥环-碟簧式锁紧液压缸锁紧力计算锥环-碟簧式锁紧缸锁紧力学模型如图 2 所示，其锁紧力计算分析如下。2锥环-碟簧式锁紧液压缸工作原理及特点锥面-碟簧式锁 紧 缸 如 图 1 所 示。当 油 口 C 8 未通入高压油时，在碟簧 13 弹簧压力作用下，压套 11 向左移动，通过锥面紧紧将开口锁紧套 10 压紧在活塞杆5 上，从而锁紧活塞杆; 当油口 C 8 通 入 高 压 油 时，高压油推动锁紧器活塞 9 右移，推动压套 11 右移，碟簧13 被压缩，压套 11 施加在开口锁紧套 10 的压力被解 除，锁紧套 10 夹紧活塞杆的力也被解除，这时活塞杆 处于解锁状态，在从油口 A 2 或油口 B 6 进入压力油 的作用下，活塞杆可以向右或向左自由移动。锁紧力 的大小可以通过改变调整垫片 14 的厚度来调节。这 种结构形式，活塞所受锁紧力比较均匀，夹紧可靠，但 结构略显复杂。图 2 锥环-碟簧式锁紧缸锁紧力学模型碟簧施加在压套上的力当碟簧处于压缩状态时，碟簧施加给压套的力3 1F = kx( 1)1式中，k 为碟簧的弹性系数; x 为碟簧压缩变形量。 收稿日期: 2011-03-22基金项目: 韶关市技术创新项目( 韶科( 成) 2008 04) 作者简介: 黄长征 ( 1970) ，男，湖 南 耒 阳 人，副 教 授，博 士，从事现代机电液集成控制理论与技术应用研究。2011 年第 4 期液压与气动633 2压套施加给开口锁紧套的力压套施加给开口锁紧套垂直活塞杆轴线方向的力用下的变形 2 ，则开口锁紧套和活塞杆之间的间隙为=( 8)12F3= 0 5kxsin( 2)( 2)即式中， 为开口锁紧套锥环的锥形角。则压套施加给开口锁紧套垂直活塞杆轴线方向的正压力d ( 1 1 ) ( d p D p ) +( 1 + ) D ( p p ) 22212112 =2E ( D2 d2 )1( 1 2 ) dp1( 9)p2= F3 / ( DL1 )( 3)2E2式中，D 为开口锁紧套平均外径; L1 为锁紧活塞长度。3 3活塞杆锁紧压力活塞杆锁紧压力考虑到加工误差、环境变化和摩擦特性不稳定等因素，需要引入一个锁紧安全系 数 n。安 全 系 数 n =1 5 2 5。所以实际锁紧力p1= F / dL2 f( 4)p1T= np1( 10)其中: F 为设计锁紧力; d 为开口锁紧套公称内径和活塞杆公称内径; L2 为活塞杆锁紧长度; f 为开口锁紧套与活塞杆的摩擦系数。3 4开口锁紧套与活塞杆的间隙开口锁紧套看成厚壁圆筒。如图 3 所示，按照文 献8 9 ，厚 壁 圆 筒 在 内 外 压 力 作 用 下，其 径 向 变 形为则开口锁紧套与活塞杆的实际间隙量d222( 1 1 ) ( d p D p ) +( 1 + 1 ) D ( p1T p2 )1T2T =2E ( D2 d2 )1( 1 2 ) dp1T( 11)2E24工程实例某锥 环-碟 簧 式 锁 紧 缸 锁 紧 力 计 算 实 例 如 表 1所示。表 1锥环-碟簧式锁紧缸锁紧力计算实例图 3 开口锁紧套与活塞杆的间隙22= 1 d p1 D p21 + u( r)r +ED2 d2ED2 d2 ( p p ) 1 2 1 ( 5)4( D2 d2 )r其中: E 为材料弹性模量; 为材料泊松比。开口锁紧套内圆直径 d 处的变形由式( 5) 得222d( ( 1 1 ) ( d p1 D p2 ) +( 1 + 1 ) D ( p1 p2 ) ) 1 =222E1 ( D d )( 6)式中，E1 、1 为开口锁紧套的弹性模量及泊松比。活塞杆在锁紧力作用下外圆直径 d 处产生的变形由式( 5) 得T ( 1 2 ) dp15结束语工程实践表明，该锥环-碟簧式锁紧缸锁紧力计算 方法正确，从根本上解决了锥环-碟簧式锁紧缸锁紧力 理论计算问题，为该锁紧液压缸的锁紧机构优化设计 提供有力依据，也为同类产品的设计计算以及相似设 备的锁紧力理论计算提供参考。=( 7)22E2式中，E2 、2 为活塞杆弹性模量及泊松比。开口锁紧套与活塞杆的间隙量是锁紧缸的关键参 数。由式( 6) 可得开口锁紧套在外压力 p2 和内压力 p1 作用下的变形 1 ，由式( 7) 可得活塞杆在外压力 p1 作序号参 数数 值1锁紧套材料QT500 72锁紧套弹性模量 E1 / GPa1733锁紧套泊松比 10 34锁紧套外圆直径 D / mm785锁紧套与活塞杆间摩擦系数 f0 126锁紧力 F / kN547活塞杆材料458活塞杆弹性模量 E2 / GPa2069活塞杆泊松比 20 310活塞杆公称直径 d / mm5611锁紧长度 L / mm1 812锁紧套与活塞杆的间隙量 / m12064液压与气动2011 年第 4 期快 锻 压 机 液 压 系 统 管 道 冲 击 振 动 的 研 究王拴庆，尤鹏飞，安建军The research of hydraulic system pipe shock and vibration for fast forging pressWANG Shuan-qing，YOU Peng-fei，AN Jian-jun( 兰州兰石重工新技术股份有限公司，甘肃 兰州 730050)摘 要: 快锻压机液压系统管道冲击振动的有效控制关键词: 液压系统; 高压大流量; 冲击振动; 有效控制中图分类号: TH137文献标识码: B文章编号: 1000-4858( 2011) 04-0064-021概述液压系统为快锻液压机工作提供确保锻造压力的 动力源，保证高压大流量系统能够实现快速、平稳、可 靠地工作; 正是由于高压大流量，在主控阀的开关作用 下，难免会产生冲击振动，但是振动的大小，可以通过 一些方法去解决，使其振动减到很小或消除; 如果振动 处理不好，不能有效的控制，则会产生很多负面影响: 小的方面来说，造成阀和法兰连接处漏油，法兰和阀的 损坏，大一点方面，会造成管道开裂，大量液压油喷出， 既造成浪费，又 使 厂 家 无 法 正 常 生 产，造 成 大 量 经 济 损失。2有效的控制方法通径放 大 2 3 个 等 级，使 其 管 道 流 速 为 1 5 2 5mm / s，这样速度大大减小，管道冲击振动也将会减小，现以压机液压系统主控阀站为例。主控阀站为快锻液压机组液压系统中极为重要的 阀站，它控制压机各种动作执行，以下对其主要阀的性 能进行简要说明。系统卸载阀 V1 作用是进行系统压力瞬时卸载; 主缸进液阀 V2 作用是控制压机加压动作; 回程缸进液阀 V3 作用是控制压机回程动作; 压机快降阀 V4 作用是控制压机高降动作; 回程缸 排 液 阀 V5 作 用 是 压 机 加 压、高 降 动 作 时控制回程缸排液;回程 缸 支 撑 阀 V7 作 用 是 控 制 回 程 缸 压 力 不 能过低; 2 1通过增大卸载管路的通径主卸载阀 的 瞬 时 开 启 会 造 成 管 路 的 流 量 突 然 增大，瞬时压力升高，如果卸载管道通径按阀的通径选，则流速很大，一般在 5 9 mm / s; 这 么 大 的 速 度，肯定 会造成很大的冲击振动，将管夹震裂，管夹支架连根拔 起，管路法兰根部裂开，管道焊缝裂开等; 如果将管道收稿日期: 2011-03-01作者简介: 王拴庆( 1972) 男 ，甘肃兰州人 ，工程师，主要 从事快锻压机的设计开发工作。櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘櫘5倪江生，翟羽健，陈正威 新型机械锁紧式液压缸的 设 计J 机械科学与技术，1994，( 4) : 13 16孙利生 一种带辅助支撑的大载荷内胀式机械锁紧液压缸J 液压与气动，2004，( 8) : 61 62倪江生 滚 子 式 锁 紧 液 压 缸 及 其 设 计J 液 压 与 气 动，1998，( 4) : 4 5刘鸿文 材 料 力 学 ( 下 册) M 北 京: 高 等 教 育出 版 社，1992 211 214机械设计手册编委会 机械设计手册( 第 1 分册) M北京: 机械工业出版社，2004 4 71参考文献: