液压缓冲制动缸的设计研究.pdf

2 0 1 0年 5月 第 3 8卷 第 1 0期 机床与液压 MACHI NE T OOL HYDRAUL I CS Ma v 2 01 0 Vo 1 ． 3 8 No ．1 0 DO I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 0 ． 0 1 5 液压缓冲制动缸的设计研究 方秀荣 ，范海峰 1 ．西安科技 大学机械 工程学院，陕西西安 7 1 0 0 5 4；2 ．中国重型机械研究院有限公司，陕西西安 7 1 0 0 3 2 摘要设计新型液压缓冲制动缸，利用液压控制技术实现该装置的缓冲制动，可实现对驶入装置群的机车车辆速度的 准确控制、任意确定点停车和位置保持。并对安装位置受限制的执行件一缓冲制动缸的结构进行设计 ，建立关键件缸体在 受力最大时的数学模型，并应用模糊可靠度的设计方法获得缸体的优化设计结果。 关键词缓冲制动；液压缸 ； 优化设计 中图分类号T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 1 0 0 4 33 De s i g n o f t h e Cu s h i o n a nd Br a k e Hy dr a u l i c Cy l i nd e r FANG Xi u r o n g ． F AN Ha i f e n g 1 ． S c h o o l o f M e c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，X i ’ a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 5 4 ，C h i n a ； 2 ． C h i n a N a t i o n a l H e a v y Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e C o ． ，L T D，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 3 2，C h i n a Ab s t r a c t A n e w h y d r a u l i c c o n t r o l l e d c u s h i o n a n d b r a k e c y l i n d e r wa s d e s i g n e d ． C u s h i o n a n d b r a k e o f t h e wa g o n wa s a c h i e v e d b y t h e h y d r a u l i c c o n t r o l t e c h n o l o g y ， a n d t h e a c c u r a t e c o n t r o l o f t h e t r a i n s e n t e r i n g t h e d e v i c e g r o u p wa s r e a l i z e d i n c l u d i n g t h e s p e e d ， p a r k i n g a t r a n d o m p o i n t a n d k e e p i n g t h e p o s i t i o n o f t h e t r a i n s ． Ac c o r d i n g t o t h e i n s t a l l a t i o n r e q u i r e me n t s o f t h e b r a k e p i s t o n， t h e s t r u c t u r e o f t h e c u s h i o n a n d b r a k e c y l i n d e r w a s d e s i g n e d ． T h e ma t h e ma t i c a l mo d e l o f c y l i n d e r b l o c k wa s e s t a b l i s h e d b a s e d o n t h e ma x i mu m f o r c e ． T h e o p t i mi z a t i o n r e s u l t w a s o b t a i n e d b y t h e me t h o d o f f u z z y r e l i a b i l i t y ． Ke y wo r d s C u s h i o n a n d b r a k e ； Hy d r a u l i c c y l i n d e r ； Op t i mi z a t i o n 随着 国民经济 的发展 ，铁 路运输 需求 迅速增 长 ， 铁路运能与运量的矛盾十分突出，近代无论是在技术 的先进性 、可靠性 、还是设备种类 的多样化 上铁路很 多部位都达到 了较 高的水平。但 是在铁路编组 场尾部 停车 自动化 的环节上 相对落后 了很 多 ，为 了防止车辆 或车组在线路上停 留时发生 自行溜逸 的事 故 ，人 工下 铁鞋等传统作业方法仍然是尾部停车制动的主要手段 ， 这对作业人员和运输生产的安全存有很大隐患，同时 也大大制约了编组站的通过能力及铁路的运输能力。 1 液压系统的设计 液压缓冲制动缸是实现 自动控制 的铁路 车辆 在线 柔性速度双 向可控的实用新型装置 ，系统 的液压原 理 如图 1 所示 ，缓 冲制 动缸具有减 速 、缓冲 、制动 、防 溜的工作能力 。 1 缓解状 态。油 泵 电机 组 1启 动 ，输 出 的油 液经单 向阀 2后被溢流 阀 4调定为一定压力 ，分别 供 给 电磁换 向阀 6的 P口和缓 冲制 动缸 1 0的上腔 。液 控单向阀7处于被强制导通状态，缓冲制动缸 l 0下 腔的油液经液控单 向阀 7和 电磁换 向阀 6的 T口流 回 油箱 。缓冲制动缸 l 0的活 塞杆缩 回到最低 点 ，系统 处 于缓解 状态。 自自 1 1 Y 1 1 0 l 0 2 4 厂 _ ] I ． 5 圃 3 l 1 一油泵电机组2，3 一单向阀4 一溢流阀5 一蓄能器 6 一电磁换向阀7 一液控单向阀 8 一滤油器 9 一溢流 阀1 0 一缓 冲制动缸1 1 一压力继 电器 图 1 液压缓冲制动缸的工作原理图 2 制动状 态。 电磁 换 向 阀 6通 电 ，油泵 电机 组 1 输出的油液经电磁换向阀6和液控单向阀7供到 液压制动缸 1 0的下腔 ，液压制动缸 1 0的上腔油 液受 到压缩 也被供到下 腔 ，此 时缓 冲制动 缸 1 0的活塞 杆 高速伸出，处于缓冲制动状态。 3 缓冲制动状态。处于缓冲制动状态的缓冲 制动缸 l 0在 受 到驶 入 装 置群 的 车辆 车 轮 的碾 压 时 ， 收稿 日期 2 0 0 91 21 0 基金项 目西安科技大学培育基金项 目 2 0 0 9 0 1 9 作者简介方秀荣 1 9 7 2 一 ，女，在读博士 ，讲师，主要从事机械设计制造及其 自动化专业教学与研究工作。电话 1 3 37 9 221 02 3， E ma i l f a ng x r x us t ． e d u．C B。 第 1 0期 方秀荣 等液压缓冲制动缸的设计研究 4 5 度为约束条件的优化设计 R≥[ R] 其中缸体的模糊可靠度为 ／ foa l_ __ L _ ．． _e 一 ‘ d r 一 e 一 S ／ 2 盯 缸体许用可靠度 [ R ] 0 ． 9 9 。 将材料的疲劳强度转化成零部件实 际工作状态 下 的疲劳强度。引入尺寸系数 、应力集 中系数 、表面状 态系数 ，与常规疲 劳强度设 计不 同，考虑这些系数 的 分散性 ，给出其均值及标准差的数值 ， 不 分 布的 r S 缸体的主要原始数据如下 列车车轮的直径为 8 4 0 m m，轮毂直径 为 1 4 0 m m，列 车进 入停 车顶群 的 速度为 7～1 8 k m ／ h ，缸体与铁轨的最大夹角 1 3 。 ， 列车车轮与缸体夹角 的范围为 0 ≤0 5 5 m m；最大行程 s ≤8 0 m m。 缸体的材料选为 4 2 C r M o ，材料参数见表 1 。 表 1 4 2 C r M o的有关材料参数 泊松比 0 ． 3 尺寸系数 0 ． 8 弹性模量 E ／ P a 2 0 6 表 面质量系数 JB 0 ． 8 抗拉强度均值 _ h ／ MP a 1 0 0 0 应力集中系数 2 ． 5 抗拉强度标准差 S ／ MP a 8 0 材料的摩擦因数f 0 ． 0 5 疲劳极限均值 一 ／ MP a 4 0 5 ． 5 屈服极限均值 ／ MP a 7 6 3 疲劳强度标准差 S ． ／ MP a 3 2 ． 2 材料性能的变异系数 C 0 ． 0 5 0 ． 1 0 建立 的设计模 型属于小型优化问题 ，对缸体 的优 化设计结果见表 2 。 表 2 缸体 的设计 结果 m m 缸体直径 7 0 0 缸体中孔直径 5 0 0 缸体 的最小 留缸长度 1 0 缸 体长度 2 5 缸体 中心孔长度 2 O 3结论 应用液压控制技术实现 了以较高临界速度驶入装 置群 的机车车辆速度的准确控制 、任意确定点停车和 位置的保持 ，确保了车辆用在线缓冲制动装置的推广 使用。在安装位置受限制的情况下对执行件一缓冲制 动缸 的结构进行 了创新设计 ，即将 活塞 杆固定 在安装 缸套上，让缸体做往复运动。为了使缸体设计更加可 靠 ，满足工程实际 ，应用通过模糊数学知识实 现公认 的设计准则对缸体进行模糊可靠度的设计 ，比传统设 计中的 “ 一刀切”的方法合理，避免了把合理优化 的设 计结果 排除掉 ，进 ～步保证 了装置 的功能发挥 。 参考文献 【 1 】郭卫东， 王占林． 斜盘式轴向柱塞受力分析[ J ] ． 机械与 液压 ， 1 9 9 4 5 2 6 42 6 6 ． 【 2 】 谢庆生， 罗延科， 李屹． 机械工程模糊优化方法[ M] ． 北 京 机械 工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． 5 ． 【 3 】巫少龙 ， 肖 俊建， 周明安． 机械零件刚度的模糊可靠性设 计[ J ] ． 组合机床与自动化加工技术， 2 0 0 5 1 1 41 5 ． 【 4 】方秀荣， 刘军毅． 液压可控停车顶的设计与创新[ J ] ． 液 压与气 动 ， 2 0 0 9 8 1 1 1 4 ． 上接 第 1 3页 某厂某井进行生产试验 ，至今工作连续可靠。 不仅如此 ，4台样机 的生产 试验 和监测部 门的检 测结果 证明 ，长环形 齿条抽油机具备 以下优点 节能 效果显著 ，节能在 2 5 ％以上，有的甚至高达 4 0 ％以 上；工作平稳，齿轮与长环形齿条的啮合运动，只有 在较短 的换 向时刻才有加速 度 ，但 由于有抽油杆 、皮 带等弹性变形以及旋转运动件的转动惯量作用，此时 的速度变化引起 的冲击 ，很容 易被缓 和 ，不仅使 电机 电流基本不波动 ，而且整个 系统能保持较好 的运 动平 稳性 ；节材效果好 ，长环形齿条抽油机换向机构本身 就是配 重 ，无需很 多的配重铁块 ，抽油机 的重量也大 大减轻 ；可根 据需要 实现不 同冲次 、不 同冲程 的抽油 生产 ，而且结构本身 承载能力强 ，可 以设 计成负荷更 大 的重 型抽油机 。 该新型抽油机生产可靠 ，电机容量小，系统效率 高 ，具有较好 的节能 降耗效果 。从结构及 生产特 点上 说 ，该机可直接替代游梁式抽油机 ，有较高的推广应 用价 值。 参考文献 【 1 】 顾心怿． 链条抽油机． 国家发明二等奖发明公报． 1 9 8 0 ． 【 2 】肖文生， 周小稀 ， 谷玉洪 ， 等． 直线电机抽油机的研制 [ J ] ． 石油学报 ， 2 0 0 6 5 1 1 21 1 4 ． 【 3 】 崔旭明， 杨海涛， 崔威巍． 变径天轮式节能抽油机 [ J ] ． 油气地面工程 ， 2 0 0 5 ， 2 4 1 2 6 0 6 2 ．