温度冲击对液压锁紧回路的影响分析.pdf

塞 两侧 的面 积 不 一 样 ， 同样 的膨 胀 程 度 ， 无 杆腔 面 积 大 ， 对活 塞 的作 用 力 大 。 会 导 致液 压 缸活 塞 向有 杆腔 移 动 ． 液 压 缸 住 外伸 长 ， 使 有 杆腔 内 的液压 油 压缩 ， 直 至温 度 不再 变 化 根 据表 l 的条件 ， 为 了便 于 分析 ， 对 图 1 所 示 的锁 紧 回 路边 界 条件 简 化如 下 。 1 在试 验 时 间 内 ， 液 压 锁和 液 压 缸无 泄 漏 。 2 铝 、 钢 、 铁 等 金属 的热 胀冷 缩 相 对 于液 压 油 的 热 胀冷 缩 可 以 忽略 。 3 油 管 的长 度 会 影 响 油 液 的体 积 ， 相 对 于 液 压 缸 的 油 液 常 常 可 以 忽 略 ， 不 会 影 响 分 析 的 结 果 。 4 在 初 始 位 置 ， 液 压 系 统 有杆 腔 和 无杆 腔 的压 力 都 为 零 ， 液 压 缸 不 承 受 外 力 。 5 液 压 油 选 择 耐 低 温 的 1 0 号 航 空 液 压 油 ． 膨 胀 系 数n ． 取 为8 x 1 0 。℃ ； 油液 中空气 的含 量会 显著 改 变油 液 的 体 积 ， 弹性模 量 范 围 f 0 ． 7 ～ 1 ． 4 x 1 0 MP a ， 取 均值 1 ． 0 5 x 1 0 。 M Pa。 6 回路 各个 元 件能 够 承 受无 限压 力冲 击 。 7 忽 略其 他 热 源对 液压 系统 的影 响 。 8 为 了方便 分析 ， 选 取 温 度 从 一 5 5 ℃升 tJ 7 0℃， 油 缸 均 匀 受 热 ． ． 液 压 缸 的参 数 如下 选 取 典 型 的液压 缸 活 塞杆 的直 径 7 0 l n l t l ， 活 塞 直 径 1 O 0 mil l ， 液 压 缸 的 行 程 5 0 0 i n m。液 压 缸 伸 到位 后 ， 有 杆 腔 内没 有 液压 油 ； 液 压 缸 缩 到 位 后 ， 无 杆腔 内没 有液 压 油 。试 验 时活 塞停 在 液压 缸 中点 。 有杆 腔 面积 s 4 0 0 3 mil l ，液 压油 的体 积 I x 1 0 l／ l I I l ； 无 杆 腔 面 积5 B 7 8 5 0 i／ l n l ， 液 压 油 的体 积 V B 1 ． 9 6 x 1 0 mi l l ． ．温 差 AT 7 0 - - 5 5 1 2 5℃ 2． 1 ． 1 液 压 缸 缸 筒 被 固定 ， 活 塞 能 自由 移 动 由 于 温 度 升 高 引 起 的 体 积 变 化 fl AV ／ V a。 AT 0 ． 1 由于体 积 变 化 引起 的压 力 变化 fl A P - k AV ／ V 有 杆 腔 和 无杆 腔 油 液 体 积 变 化 率 和压 力 变 化 一样 ． 因 为无杆 腔 活 塞面 积 大 ， 所 以活塞 会 往 有杆 腔移 动 。 稳定 后 无 杆腔 和 有杆 腔 给 活塞 的力相 等 ， 即 ； F FB 其 中△ A P A S ； △ △ s B 。通 过计 算 ， 得到 无杆 腔 压 力 变化 △ 7 0 ． 9 MP a ； 有杆 腔 压 力 变化 △ P A 1 3 9 MP a 。 活塞 往外 伸 出 的距 离 为8 ． 1 】mm。 2 ． 1 ． 2 液 压 缸 缸 体 和 活 塞 都 被 固 定 ， 活 塞 不 能 移 动 由 于 温 度 升 高 引 起 的体 积 变 化 E q u i p me n t Ma n a g e me 设 nt M 管 a i n 理 t e n ＆ ance 维 Te 修 c h n 技 o l o 术 gy RM CM ■ ■ ■ ■ ■ 一 ● ■ ■ fl AV B ／ V a A T 0 ． 1 由于 体 积 变化 引 起 的压 力 变化 △ △ P R k A V ／ V 1 0 5 MP a 通 过计 算 可 以得 出 由于 温度 冲 击 会导 致锁 紧 回 路 的压 力 显 著 上 升 ， 超 过 系统 可 以承 受 的 最 高 压 力 根 据 J B／ T 8 2 4 -- 1 9 9 6 压 力 分 级 ． 高 压 液 压 系 统 的 使 用 压 力 不 超 过 3 2 MP a 。过 高 的压 力 常 常 会导 致 液 压 系 统 的 薄 弱 环 节 管路 接 头等 爆 裂 。 2 ． 2 温 度 降低 对 锁 紧 回路 的影 响 当温 度 从7 0 o C 降到 一 5 5℃时 ．液压 缸 中液压 油 受 冷 收 缩 ， 由于 打 开液 压 锁 中单 向阀和 克服 与 之相 连 的液 压 管 路 阻力往 往 需 要 几个 大气 压 ．油 箱 中 的液压 油 不 能通 过 液压 锁 回 到液 压 缸 内 ，导 致 液压 缸 有杆 腔和 无 杆腔 内 部 会形 成 局部 真 空 。 由于 液压 缸 内局 部真 空 的 存在 ． 液 压 缸 的活 塞 处 于浮 动 的状 态 ， 假 设 这 段 可浮 动 的位 移 为 y。 分析 的边界 条件 同上 文 ， 选 取 环境 温度 的变 化范 围 为 从 7 0 降 到 ～ 5 5℃ ， 油 缸 均 匀 冷 却 。 温 差 △7 1 _ 7 O 一 - 5 5 1 2 5。 c 由 于 温 度 升 高 引 起 的 体 积 变 化 fl A V ／ V a 。 AT 0 ． 1 由于 有杆腔 收缩 ， 活塞 可 以移 动 的位 移 YA ； VA ／ S A 2 5 rai n 由于无 杆 腔 收缩 ， 活 塞 可 以移 动 的位 移 Ylj VR ／ S B 2 5 l I l Il l 所 以 ， 液 压 缸 活 塞 可 浮 动 的 位 移 y Y A yI 50 m lq fl 3 对 使 用 锁 紧 回 路 的 建 议 如 果液 压 缸只 是 缸筒 被 固定 ，那 么液 压 缸 活塞 可 能 移 动 ； 由于 温 度 冲 击 ， 导 致 系统 中 存在 的高 压 ， 建 议 在 液 压 锁 回 路并 联溢 流 阀。如 图2 所 示 的改 进后 的锁 紧 回路 ， 当 压 力 超 过 溢 流 阀 的 溢 流 压 力 时 ， 溢 流 阀 将 打 开 泄 压 ， 控 制 回 路 中 的 最 高 压 力 。 溢 流 阀 为 锥 阀 ， 不 会 增 加 回 路 的 泄 图2改 进 后 的 锁 紧 回 路 下 转 第 8 3页 7 9 微 分 方 程 ．而 非线 性微 分 方程 目前 尚 无通 用 的精 确 解 析 求解 方 法 。 因此 ． 对 各 类 非线 性 系统 建 立相 应 的近 似 分析 方法 成 为 非线 性振 动 理 论 分析 的首 要任 务 。 工程 上 往 往 略去 系统 的非 线性 因素 ．直接 把 非 线 性 系统 的 随机 振 动 当作 线 性 问题 。 但 是 ， 如 果 非 线性 因素 明 显改 变 了 系统 的工 作 特 性 ．这 时不 考虑 非 线性 因素 的 影 响 ， 将 导 致 错 误 的 结 论 到 目前 为止 ． 只有 很少 的非 线性 系统 随机振 动 问题 有 精确 解 。 油 气悬 架在路 面不平 度激 励下 的响应 及其振 动 求 解 问题 的研究 是一 个热点 刘杰 等_ 5 I提 出 了一 种基 于遗传 算法 的非线 性刚度 和 阻尼特性 曲线 的评 测方 法 ；张 太 平[6 2 建立 了互连 式油 气 悬架振 动 系统 的非 线性振 动 数学模 型 ， 获得 了系统 的动 态 响应 特性 ． 说 明 了油气 悬架 的非 线性 特 性 ． 并 指 出非线 性油气 悬架 系统具 有更好 的减 震性 能。 3 结 语 油 气悬 架 是在 工 程 车辆 上 得到 应 用并 迅 速发 展 的 新 型车 辆减 震 系统 ， 具 有传 统 悬 架 的基 本性 能 ， 符合 现 代 工 程 车 辆 对悬 架 系统 的要 求和 发 展 方 向 ，对 中 国工 程 车 辆 Eq u i p me n t Ma n a g e me 设 n t M 管 a in 理 t e n a ＆ nce 维 T e 修 c h n 技 o l o 术 g y RM CM ■ 一 ■ ■ ■ -■ ■ ■ 的 自主开 发 及研 制 具有 特 殊而 重 要 的意 义 。跟踪 国际 先 进 技 术 ， 从 元件 到 系统 深 入研 究 油气 悬 架 的性 能 ， 掌握 关 键 参 数和 设 计技 术 。对 提 高 中国在 工 程车 辆和 特 种 车 辆 上 的设计 水 平和 产 品竞 争 能 力具 有重 大 意 义。 参 考文 献 [ 1 ] 梁贺 明， 陈思忠 ，游世 明 油气悬 架数 学建模及 仿真研 究[ J ] ． 计 算机仿真 ， 2 0 0 6， 2 3 4 2 4 1 2 4 4 ， 2 9 3 ． [ 2 ] 郭建华 全路面起重机 油气悬架 系统建模与动力学仿真研 究[ D] ． 长春 吉林大学 ， 2 0 0 5 ． [ 3 ] 孙涛 ， 喻凡 ， 邹 游． 工程 车辆 油气 悬架非线性特性 的建模 与仿真研究_ J ] ． 系统仿真学报， 2 0 0 5 ， 1 7 1 2 1 0 2 1 3 ， 2 1 9 ． [ 4 ] 王东亮 ， 管继富， 王文瑞． 半 主动 油气悬架 系统模糊控制 [J ] ． 农业 机械 学报 ， 2 0 0 9 4 2 3 2 6 ． [ 5 ] 刘 杰 ， 韩旭 ， 文桂林． 基于遗传算 法的油气悬 架非线性特征 参数的无损评测[ J ] ． 中国机械工程， 2 0 0 7 ， 1 8 1 0 1 1 6 1 1 1 6 4 ． [ 6 ] 张太平． 非线性 油气悬 架振 动特 性研 究[ D] ． 大连 大连 理工 大 学， 2 0 0 8 ． 收 稿 日期 2 01 0-- 07 -- 0 6 [ 责 任 编 辑 谭 忠 华 ] 上 接 第 7 9页 漏 ， 影 响锁 紧 回路 的锁 紧性 能 。 图 2所 示 的 锁 紧 回 路 ． 假 设 溢 流 压 力 为 1 0 MPa ， 通 过 分析 可 以得 出以下 结 论 。 1 液 压 缸 的缸 筒被 固定 ， 液 压 缸活 塞 能移 动 。当温 度 升 高 时 ， 有杆 腔 压 力 先达 到 1 0 MP a ， 回 路 开 始 泄压 ， 活 塞 向有杆 腔 移 动 ，通过 计 算 活塞 移 动 的距 离 为2 4 ． 9 mm， 会 增 大 活塞 的移 动 。 2 液 压 缸两 端都 被 固定 ， 液 压 缸活 塞 不 能移 动 。当 温 度 升 高 时 ， 有 杆 腔 压 力 先达 到 1 0 MP a ， 有杆 腔 的油 通 过 溢 流 阀回 油箱 ， 但 是活 塞 不 能移 动 ． 无 杆腔 的压 力后 达 到 1 0 MP a ． 无 杆 腔 的油 通 过 溢 流 阀 回 油 箱 ． 直 到 油 缸 温 度 和 环境 温 度 不再 升 高 。 3 当 温度 降低 时 ， 并联 溢 流 阀 对 锁 紧 回 路 没 有 影 响。 当温 度 降低 时 ， 液压 缸 中液 压油 受冷 收缩 ， 导 致液 压 缸 有杆 腔 和 无杆 腔 内部 会 形成 局 部 真 空 ．使 液 压 缸 的活 塞 处 于浮 动 的状 态 。如 果 初始 状 态 时活 塞杆 上 有 外 力作 用 ， 那 么活 塞会 沿 着 外力 方向移 动距 离 】 ， 或 者l ， ， 回路 不 能 在 初始 状 态锁 紧 。 如果 初 始状 态 没 有外 力作 用 ， 那 么活 塞 处 于 浮 动状 态 ， 扰 动 例 如振 动 和 冲 击 等 扰动 容 易 改 变液压 缸 活 塞 的位 置 。 4 结 语 在 温 度 冲击 试验 中 ． 充 分考 虑到 温度 冲 击后 ， 采用 改 进 的 锁 紧 回路 ， 没 有再 出现压 力 升高 的问题 。 本 文对 分 析 其 他锁 紧回 路和 平衡 回路 等无 泄 漏 回路 的温 度冲 击 有一 定 的参 考 意 义 。 参 考文 献 [ 1 ] 范存德． 液压技术手册 [ M] ． 沈阳 辽 宁科 学技术 出版祉 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 李壮 云 ， 葛宜远 ． 液 压元件 与系统 [ M ] ． 北京 机械 工业 出版 社 ， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 陆元章 ． 液压 系统的建模 与分析 [ M] ． 上 海 上海 交通大 学 出版 社 ． 1 9 8 9 ． [ 4 ] 雷天觉 新编液 压 工程手 册 [ M ] ． 北京 北 京理 工大 学 出版社 ， 1 9 9 8 ， 收 稿 日期 2 01 0 -0 6-1 6 [ 责 任 编 辑 谭 忠 华 ]