液压缸密封圈损伤机理及运动特性研究

摘要

液压缸作为工程机械重要的执行部件，对整机工作性能有很大的影响。液压缸常因工作环境恶劣、载荷复杂多变、振动冲击等原因发生故障，其中一种典型的常见故障是内泄漏。密封圈损伤是导致液压缸内泄漏的主要因素之一。本文深入研究了液压缸密封圈损伤机理及运动特性，主要研究内容如下:
　　(1)液压缸密封圈损伤-内泄漏机理研究
　　介绍了QY110起重机支腿油缸结构组成，详细阐述了DAS组合密封的结构形式、材料及密封原理。根据密封圈常见损伤形式，建立密封圈损伤模型，基于workbench仿真平台，采用流体模块(Fluent)与静态结构分析模块(Static Structural)组合的流固耦合方法对密封圈损伤及内泄漏进行仿真分析。并设计一组正交实验，通过极差分析和方差分析，得到各特征参数对内泄漏的影响趋势及影响比重排序。
　　(2)内泄漏故障下液压缸变幅机构的运动特性分析
　　以QY110起重机变幅机构油缸为研究对象，首先从机电液耦合的角度出发，利用ADAMS和AMESim软件建立了包括臂架结构、变幅油缸驱动系统、臂架俯仰角度位置控制系统在内的变幅机构机电液复合模型;然后基于复数矢量分析法对变幅机构进行运动学建模和俯仰运动分析，在此基础上进行ADAMS和AMESim联合仿真，重点研究了液压缸内泄漏故障下对机构运动过程的影响。结果表明，变幅机构的耦合建模及俯仰运动学仿真分析符合实际情况及理论分析结果，内泄漏故障对液压缸性能和整机工作性能有很大影响。
　　(3)实验验证
　　人为预制支腿油缸DAS组合密封圈损伤故障，基于现有工况模拟试验台进行液压缸内泄漏实验，将内泄漏实验结果、基于小孔流量公式的理论计算结果及workbench流固耦合仿真结果进行对比，结果表明:理论计算结果与流固耦合仿真结果比较接近;实验结果与仿真结果存在偏差，但内泄漏随压力增大而增大的规律一致。
　　因为超弹性橡胶材料流固耦合仿真是业界公认的难点，相关报道较少，故本文研究方法是对现有液压缸橡胶密封圈损伤机理研究的补充和丰富。

目录

摘要

1 绪论

1．1 论文研究背景及来源

1．1．1 研究背景及意义

1．1．2 论文来源

1．2 液压缸内泄漏的研究现状

1．2．1 液压缸内泄漏的研究现状

1．2．2 液压缸内泄漏运动特性研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 液压缸密封圈损伤及内泄漏机理研究

2．1 QY110支腿油缸简介

2．2 液压缸活塞密封结构及工作原理

2．2．1 DAS组合密封圈结构

2．2．2 DAS密封圈Mooeny-Rivlin模型

2．3 液压缸密封圈损伤及内泄漏机理分析

2．3．1 密封圈常见损伤形式及原因分析

2．3．2 密封圈损伤内泄漏分析

2．4 密封圈损伤内泄漏的流固耦合仿真研究

2．4．1 密封圈损伤仿真模型建立

2．4．2 正交试验设计

2．4．3 流固耦合仿真

2．4．4 仿真结果分析

2．5 本章小结

3 液压缸运动特性分析

3．1 起重机变幅机构联合仿真建模

3．1．1 联合仿真方法概述

3．1．2 基于ADAMS软件的机械模型

3．1．3 基于AMESim软件的电液系统模型

3．1．4 机电液耦合的联合仿真模型

3．2 AMESim与ADAMS联合仿真及俯仰运动分析

3．2．1 起重机变幅机构运动学建模与解析求解

3．2．2 俯仰运动联合仿真结果与分析

3．3 内泄漏因素对变幅机构俯仰运动性能的影响

3．3．1 内泄漏对运动特性的影响

3．3．2 内泄漏与控制因素组合对运动性能的影响

3．4 本章小结

4 液压缸密封圈损伤-内泄漏实验研究

4．1 液压缸实验台简介

4．1．1 实验平台总体概述

4．1．2 实验台液压系统

4．1．3 实验台测控系统

4．2 液压缸密封圈损伤-内泄漏实验设计

4．2．1 液压缸密封圈损伤故障预制

4．2．2 液压缸密封圈损伤-内泄漏实验原理

4．3 实验结果与分析

4．3．1 实验数据处理

4．3．2 实验结果分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间的主要成果

致谢

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