液压拉力试验机通过两个推力油缸拉动主动小车来对试件进行拉力实验。两个油缸的不同步,促使主动小车边轮承受巨大载荷。为保证整机在最大拉力下能正常工作,非常有必要对严重不同步时的偏载力进行校核计算。
液压拉力试验机
1.偏载力的计算物理模型
偏载的产生主要是由拉力机两油缸运动不同步所造成的。在液压拉力试验机中,两推力油缸的同步由图1所示的液压系统中采用了同步阀8的同步油路来保证。由于同步阀的精度有限,会造成进入油缸的流量不一致,而两油缸相同,缸径Ｄ相等,因此造成了油缸速度的一快一慢。
图1：拉力机液压系统
两推力油缸分别在Ａ、Ｂ处通过销轴跟主动小车相连,见图2。试件通过拉杆在Ｏ点与小车相连。
图2：主动小车
油缸活塞杆伸缩速度的不一致会导致小车有转动的趋势,此时侧轮与边梁接触产生偏载力阻止小车转动。当右油缸伸出动作比左油缸快时,右油缸对小车作用力比左侧大,此时小车在水平面的受力分析如图2所示。
2.最大偏载力的分析
2.1 小车受力分析
根据图2的受力分析,在这里假设右油缸动作比左边快,即Ｆ1>Ｆ2,由于小车动作缓慢,可得出小车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———试件对小车产生的作用力,Ｎ;
Ｆ1———右油缸对小车作用力,Ｎ;
Ｆ2———左油缸对小车作用力,Ｎ;
Ｎ1———右侧轮所受支承力,即偏载力,Ｎ;
Ｎ2———左侧轮所受支承力,Ｎ;
Ｌ1———右油缸安装销与拉杆安装销的距离,ｍｍ;
Ｌ2———左油缸安装销与拉杆安装销的距离,Ｌ1=Ｌ2=770ｍｍ;
Ｌ3———两侧轮之间的距离,Ｌ3=760ｍｍ。
2.2 油缸作用力不平衡性分析
由于受同步阀精度影响,导致两推力油缸对主
动小车产生的实际作用力不相等,系统背压忽略不
计,油缸作用力与油压关系如下:
Ｆ1=Ｐ1Ａ1 (4)
Ｆ2=Ｐ2Ａ2 (5)
式中:Ｐ1———右油缸无杆腔的油压,ＭＰａ;
Ｐ2———左油缸无杆腔的油压,ＭＰａ;
Ａ1、Ａ2———两油缸无杆腔面积,ｍｍ2。
同步阀两出口流量的压差计算公式如下：
流量的压差计算公式
式中：Ｑ1———通过同步阀进入右油缸的流量,Ｌ/ｍｉｎ;
Ｑ2———通过同步阀进入左油缸的流量,Ｌ/ｍｉｎ;
Ｃｑ1、Ｃｑ2———流量系数,Ｃｑ1=Ｃｑ2;
Ａ3、Ａ4———节流口面积,Ａ3=Ａ4;
ΔＰ1=Ｐ-Ｐ1,ΔＰ2=Ｐ-Ｐ2,其中Ｐ为系统压
力,由于前面已假设Ｆ1>Ｆ2,故Ｐ1>Ｐ2,ΔＰ1>ΔＰ2,同步阀进入调整状态,设其两出口流量关系为：
Ｑ2
Ｑ1=1+Ｓ (8)
其中Ｓ为同步阀的同步精度。
此外,两油缸无杆腔面积相等:
Ａ1=Ａ2=Ａ (9)
综合等式(4)～(9)可以得出两油缸作用力的
计算式如下：
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 偏载力计算
由式(3),(10),(11)可以得出偏载力的计算式
如下:
Ｎ=Ｆ1·Ｌ1-Ｆ2·Ｌ2Ｌ3=(Ｌ1/Ｌ3)×[(Ｓ2+2Ｓ)·(2Ｐ·Ａ-Ｔ)/(Ｓ2+2Ｓ+2)] (12)
从公式(12)可看出,偏载力Ｎ随同步精度Ｓ的提高而减小,随小车两侧轮之间的距离Ｔ的增大而减小,随小车两侧轮之间的距离Ｌ3的增大而减小。
3.结论
拉力机偏载严重影响它的正常工作。分析了其产生的原因。通过力学分析,得出了偏载力的计算公式,为液压拉力机整机的设计提供了理论指导。
同时发现,同步精度和小车侧轮间距对偏载力的大小有重大影响,设计时可以合理选择和调节这两个参数以减小偏载力。
来源：天氏库力 发布日期
2018-12-17 浏览：
