超长大型液压缸的设计与研究

摘要

超长大型液压缸广泛应用于大型机械工程领域、大型装备制造业及船舶行业，对国民经济的发展具有极其重要作用。但是目前超长大型液压缸的设计分析具有个例性质，设计标准与流程不是很完善。本文基于超长大型液压缸工作过程中的动静态特性，建立设计校核的方法与流程;以液压启闭机油缸为例展开具体分析与优化;最后运用有限元软件ANSYS和加载试验进行了验证。
　　对液压油的粘性、可压缩性及液压弹簧效应等进行了研究，在此基础上展开超长大型液压缸的动静态特性分析。重点探讨了超长大型液压缸瞬态突变时因自身惯性、液压油可压缩性影响而产生的爬行现象，低速运动过程中受非线性摩擦力、非线性弹簧力影响而产生的过渡现象，以及动态特性的抑制消除措施。
　　综合动静态特性、工作环境及基本性能参数，确定超长大型液压缸整体结构型式和各组件连接形式，分析得出缸筒组件、活塞杆组件、密封装置、支承导向装置、缓冲装置等组成部分的材料、技术要求和主要参数，最后对各组件及整体件进行了校核。进一步研究了带安装角度的超长大型液压缸。
　　以液压启闭机油缸为例，对超长大型液压缸展开具体的设计计算，确定各零部件的结构尺寸及连接方式，绘制出结构尺寸示意图，并进行了校核。采用遗传算法与复合形法相结合的Mtalab分析方法，对液压启闭机油缸进行优化设计。探讨了缸筒组件与活塞杆组件之间的配合间隙、两端耳环与外接支座轴销之间的摩擦及安装角度对轴向承载能力的影响规律。
　　对液压启闭机油缸进行了ANSYS分析和试验验证。运用有限元ANSYS软件中APDL命令流对液压启闭机油缸进行动静态分析:通过特征值屈曲分析进行稳定性校核;利用非线性屈曲分析进行强度校核;改变液压启闭机油缸缸筒与活塞杆之间配合间隙、两端耳环与支座轴销之间摩擦系数及安装角度，分析得出对应的最大轴向承载及其变化规律;对液压启闭机油缸进行了模态分析。最后对液压启闭机油缸轴向承载能力进行了具体的加载试验，进一步验证理论模型计算分析和ANSYS分析的可靠性。
　　本文对超长大型液压缸进行了理论设计与研究，不仅从技术层面上保证其满足工作环境提出的各种要求，从经济层面上也进行了优化分析，可以为超长大型液压缸的制造及产业化提供一定的理论参考。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外液压行业市场状况分析

1．3 国内外超长大型液压缸设计研究现状

1．3．1 国外超长大型液压缸设计研究现状

1．3．2 国内超长大型液压缸设计研究现状

1．4 超长大型液压缸的发展趋势

1．5 课题研究的目的及主要内容

1．6 本章小结

第2章 超长大型液压缸工作特性分析

2．1 液压油工作时的动静态研究

2．1．1 液压油工作时的静态特性

2．1．2 液压油工作时的动态特性

2．1．3 液压油的选取

2．2 超长大型液压缸静态特性分析研究

2．2．1 主要性能参数

2．2．2 内外泄露分析

2．3 超长大型液压缸动态特性研究

2．3．1 过渡现象

2．3．2 爬行现象

2．4 本章小结

第3章 超长大型液压缸设计分析

3．1 超长大型液压缸结构形式和基本性能参数

3．1．1 结构形式

3．1．2 基本性能参数

3．2 超长大型液压缸主要零部件设计

3．2．1 缸筒组件的设计计算

3．2．2 活塞杆组件的设计及计算

3．2．3 两端耳环的设计计算

3．2．6 密封装置设计

3．2．4 支承导向装置的设计计算

3．2．5 缓冲装置的设计计算

3．2．7 排气装置的设计计算

3．2．8 油口装置的设计计算

3．3 超长大型液压缸的校核

3．3．1 缸筒组件的校核

3．3．2 活塞杆组件的校核

3．3．3 支承导向装置校核

3．3．3 两端耳环及其焊缝校核

3．4 带安装角度超长大型液压缸的分析研究

3．5 本章小结

第4章 液压启闭机油缸设计分析与优化

4．1 液压启闭机油缸的设计计算

4．1．1 液压启闭机油缸的材料

4．1．2 缸筒组件的设计计算

4．1．3 活塞杆组件的设计计算

4．1．4 其他零部件的设计计算

4．2 液压启闭机油缸的校核

4．2．1 缸筒组件的校核

4．2．2 活塞杆的校核

4．2．3 其他零部件的校核

4．3 液压启闭机油缸的优化设计

4．3．1 尺寸参数优化

4．3．2 密封结构优化

4．4 配合间隙、摩擦和安装角度的影响

4．4．1 配合间隙的影响

4．4．2 摩擦的影响

4．4．3 安装角度的影响

4．5 本章小结

第5章 液压启闭机油缸ANSYS分析与试验验证

5．1 液压启闭机油缸ANSYS分析

5．1．1 液压启闭机油缸SolidWorks建模

5．1．2 ANSYS分析的初始设定

5．1．3 ANSYS特征值屈曲分析

5．1．4 ANSYS非线性屈曲分析

5．1．5 配合间隙、摩擦和安装角度的影响

5．1．6 模态分析

5．2 液压启闭机油缸试验验证

5．2．1 试验目的

5．2．2 试验方法与原理

5．2．3 试验装置

5．2．4 试验数据分析

5．3 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B ANSYS分析命令流