液压试验台增压系统设计.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 3年 第 0 6期 液压试验台增压系统设计 张 唏 ， 王 斌 ， 于 淼 ， 夏 鹏 中国矿业大学 北京机 电与信息工程学院， 北京1 0 0 0 8 3 摘 要 设计 了一种简单可靠 的增压缸 ， 对其增压缸加载原理进行 了阐述 ， 并着重介绍 了增压缸主要 零部件的设计 、 标 准件的选用及增 压缸的特点 ， 对加 载系统液压原理进行 了说明 ， 对 主要 的技术参数的选取也进行了讨论 。 关键词 液压缸 ； 增压缸 ； 系统 ； 液压试验台 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 3 0 6 0 0 0 6 0 3 Hy d r a u li c T e s t B e n c h S u p e r c h a r n g S y s t e m De s i g n Z HANG Xi ， WANG Bi n， YU M i a o ， XI A P e n g S c h o o l o f Me c h a n i c a l E l e c t r i c a l I n f o r ma t i o n E n g i n e e r i n g ， C h i n a U n i v e r s i t y o f Mi n i n g T e c h n o l o g y ， B e i j i n g ， B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r a c t De s i g n a s i mp l e r e l i a b l e p r e s s u r e c y l i n d e r ， t h e p r e s s u r e c y l i n d e r l o a d i n g p ri n c i p l e s a y e i l l u s t r a t e d ， a n d e mp h a t i c a l l y i n t r o d u c e s the p r e s s u r e c y l i n d e r o f ma i n c o mp o n e n t s d e s i g n ， On t h e p r i n c i p l e o f the h y d r a u l i c l o a d i n g s y s t e m a r e d e s c ri b e d ．T h e c h a r a c t e ri s t i c s o f t h e ma i n t e c h n i c a l p a r a me t e r s e l e c t i o n a r e als o d i s c u s s e d ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c c y l i n d e r ； p r e s s u r e c y l i n d e r ； s y s t e m； h y d r a u l i c t e s t b e n c h O 引言 随着现代科学技术的发展 ． 液压传动技术已广泛应 用于各个行业 特别是在煤炭行业 ， 液压支架 的应用极 大程度地提高了煤炭行业的生产水平和生产安全性 液 压支架的安全性决定 了煤炭生产的安全性 ． 而影响液压 支架安全性的主要因素就是密封问题 。 液压千斤顶试验 台是为了测试密封圈性能的试验台． 为液压支架选择更 好的密封圈 ． 从而进一步保 障液压支架的安全性 ， 本文 为试验台加载部分的增压缸设计 ． 通过增压缸获得液压 支架工况的高压 ． 然后进行密封性I I I I I 试 。 这样使实验 数据更为准确 。 其性能的精确检测和系统结构智能化设 计成为当今液压系统改造的主要 目标【 1 j 收稿 日期 2 0 1 3 一 O 1 一 o 4 作者简介 张唏 1 9 6 6 一 ， 男 ， 河南焦作人 ， 教授 ， 现从事机械电子学科电液 阀性能试验 台方面的研究 。 1 增压缸的工作原理 增压缸是一种液压增压装置 。增压缸的工作原理 如图 1 所示 。 图 1增 压 缸 原 理 当低压油 P 进入到缸左端时 ， 活塞 向右运动 ， 输 出 高压油 P ， 由静压平衡原理可知 p 4 - p 2 1 式中P t 输入的低压 p 广输出的高压 ； 广～ 活塞 的面 积 ； A广有杆腔的有效面积 。 由 1 式可得 参 考 文 献 [ 1 】 高 昭， 肖福 明 ， 陆程 ， 等． 柴油车用尾 气微粒过 滤器 自动 控制 系统【 J ] ． 山东大学学报， 2 0 0 4， 3 4 1 0 3 0 3 4 ． 『 2 1 吴亚 峰． 基 于 A ME S i m 飞机 液压 系统仿 真技 术 的应用 研究 [ J 】 ． 沈阳工业大学学报， 2 0 0 7 ， 2 9 4 3 6 8 3 7 1 ． [ 3 】 付永领 ， 祁晓野． A ME S i m 系统建模 和仿真【 M] ． 北京 北 京航 6 空航天大学 出版社 ． 2 0 0 6 ． [ 4 】 杨建辉 ， 王福亮． 基于 A ME S i m 的气 门开启机构 动态特 性研 究[ J ] ． 液压气动与密封， 2 0 0 6 ， 5 2 6 2 8 ． [ 5 1 王继努， 李天富 ， 段方亮， 等． A ME S i m在液压元件仿真中的 应用研究[ J 1 ． 液压气动与密封， 2 0 1 1 ， 3 1 - 3 ． Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e a l s ／ No ．0 6 ． 2 01 3 p 2 p l 1 K 2 n 2 式 中K 增压 比， K 。 A 2 面积 A 和 A 相差越大 ， K值也越大 ，增压的效果 越 明显。在系统的压力一定时 ， 经过增压缸可以使压力 放大 K倍达到增压 目的 本文的增压缸 由一个单杆活塞缸组成 。其增压 比 为 K 2 ． 6 3 ． 其中 D为液压缸活塞直径 ． d为液压缸 活塞 杆直径。由于左右两个有效面积不同 ，当无杆腔输入 2 5 MP a的乳化液 ． 增压缸 内的输 出压力可增至 6 5 MP a ． 满足试验台密封性能测试 的要求 由于乳化液不可压 缩性 ． 因此活塞杆在伸缩过程 中传动平稳 。 2 增压缸的工作参数和主要性能指标 缸筒直径 D 8 0 mm 活塞杆直径 d 6 3 ram 有杆处工作压力 6 5 MP a 有效行程 1 0 0 ra m 本次设计为立柱千斤顶密封性能试验台的加载部 分 ． 由液压泵站提供驱动力及加载力 ， 液压泵站最高 的 工作压力为 3 1 ． 5 MP a ． 因此为了达到 6 5 MP a的压力 ． 此 次设计 的增压缸的增压大于 2。 缸径 ， 活塞直径 ， 行程都 是根据 国家标准选择 。 3 主要部件的设计 增压缸的主要部件有缸筒 、 缸盖 、 活塞 、 活塞 杆闭， 由于行程较短故不考虑导 向套 。 3 ． 1 油缸缸筒壁厚 的计算 缸筒壁的受力状况等同于密封容器[ 3 1 ． 所以材料选 用 2 7 S i Mn ． 特点是强度很高 ， 适合做高压的液压缸筒 的 材料 当 0 ． 0 8 ～ 0 ． 3时 ， 可用实用公式计算缸筒壁厚 1 -,3 3 p - py 式 中p ， 油缸 的耐压压力 ， 单位 为 MP a ， 当工作压 力 ≤1 6 MP a时 ， p ， 1 ． 5 p ；当工作 压力 ≥1 6 MP a时 ， p y 1 ． 2 5 p 。 p 额定工作压力 ， MP a ； D 油缸的缸筒 内径 ， i n s 缸筒材料的许用拉应力 ， MP a 。 s 口 2 乃 式 中 s 厂缸筒材料 的抗拉强度 ， MP a ； 系数 。 安全系数 ， 一般取 n 5 。 来源来 自表 1 安全 表 1安全 系数 油缸缸筒材料选择 2 7 S i Mn，它的 s 1 0 0 0 MP a ， 代 人 2 式计算 ， 得 s ． 2 0 0 MP a 。 先将 p y 1 ． 2 5 x 6 5 8 1 ． 2 5 MP a代入 1 式 ， 解得油缸 筒壁厚 6 1 7 ． 2 ram． 故取 6 2 0 mm 3 ． 2油缸端盖厚度的计算 缸筒底部为平 面时 ． 其厚度 6可以按照四周嵌住的 圆盘强度公式进行近似的计算 ． 如图 2所示 缸 底 端盖 材 料选 用 4 5号钢 ．它 的抗 拉 强度 为 6 1 0 MP a ． 则它的许用应力 s 1 2 2 MP a 。 图 2缸 筒 平 面 底 部 0 4 3 3 D 。 、 ／ _ 0 -4 3 3 8 0 、 ／ 7 ．5 m m V s V 上 Z Z p 1 ． 2 5 x p 1 ． 2 5 2 5 3 1 MP a ，取缸 底部厚度 底 2 0 ram 。 式 中占底 筒底厚度 ， I T I ； p 筒内最大工作压力 ， MP a ； s ． -一 筒底材料许用应力 ， MP a 。 3 ． 3 活 塞 结构 形式 根据密封装置型式来选用活塞的结构型式 密封 装置则按工作条件选定 。通常分为整体活塞和组合活 塞两类 整体活塞在活塞圆周上开沟槽 ， 安置密封圈 ， 结构简单 ， 但给活塞加工带来困难 ． 密封 圈安装时也容 易拉伤和扭 曲 组合式活塞结构多样 ， 主要受密封形式 决定。组合式活塞大多可以多次拆装 ． 密封件使用寿命 长 。高压缸活塞的形式 活塞式或柱塞式 和密封方式 、 及密封件 的种类 ．拉杆的直径和个数以及高压缸 的加 强套等均需根据增压器输 出压力和增压 比大小而定[4 1 。 本设计 由于活塞和活塞杆直径相差不大 ．故活塞杆和 活塞为一体 ． 即活塞杆为一根阶梯轴 ， 在轴上开槽安装 密封圈。这样避免 了活塞和活塞杆之 间的静密封 。 3 ． 4活塞的密封 密封件的作用在于防止液压缸 的泄漏 包括内泄 漏和外泄漏圈 。 保证建立起必要 的工作压力 ， 它应具备 7 液 压 气 动 与 密 J 7 2 01 3年 第 0 6期 良好 的密封性能 ， 结构简单 。 维护方便 ， 具有高寿命 、 低 摩擦 、 密封面 自动弹性补偿等特点 。液压缸常用密封件 主要有0形密封圈、 Y形密封圈、 U形密封圈、 V形 组合密封 圈、 滑环式组合密封等 ， 各密封件的耐压情况 不 同． 它们 的运用场合也不同。 活塞设计的主要问题是活塞的密封和活塞的密封 结构。根据不 同的工作压力选择不同的密封圈， 脚型滑 环式组合密封的密封性能可靠 ， 不漏气 。 也不漏油[6 1 。 此 增压缸 的最高工作压力为 6 5 MP a ．所 以采用脚型滑环 组合密封， 它的密封效果 良好。 3 ． 5油 口 油 口有油 口孔和油 E l 连接螺纹 ．油 口孔是压力油 进出的直接通道 ．虽然只是一个孔 ．但不能轻视其作 用 ， 如果孔小 了不仅造成进油时流量供不应求 ， 影 响液 压缸活塞 的运动速度 ， 而且会造成进油时受阻 。 形成背 压 ， 影响活塞的退 回速度 ， 减小液压缸 的负载能力 ， 对 液压缸 的往复速度要求较严格的设计 ．一定要计算孔 径的大小。 根据 G B 2 8 7 8 8 1 选择液压缸的油 口连接尺 寸为 M2 2 1 ． 5 。 经设计 。 增压缸装配图 3如下。 一 进 目 F闩 n I l U D 匕 l 一 日 3 3 O 杏 H， 图 3液压缸装配图 4 增压 系统 原理 图 本设计采用单杠活塞式液压缸 、 液压泵、 电磁换 向 阀、 溢流阀、 单向阀等液压元件组成如图 4所示的液压 系统 。 这就构成了简单的一个单作用增压系统。 先将二位三通 阀处于右位 ．操纵手摇泵使加载缸 R 处于左位时 ． 若此时没有泄漏可 以继续试验 ． 再将换 向 阀打到左位 ．乳化液泵站 的高压液体经单 向阀到达加 载缸无杆腔 ． 活塞杆伸出 。 在这个过程 当中观察是否有 渗、 漏现象 ， 如果没有可继续试验 ； 增压缸无杆腔继续 进液增压 ． 使压力表的数值慢慢升高 ． 当达到所需要的 压力 卸荷安全 阀卸载值事先调定 时 ， 如果在这期 间。 压力表指针稳定 ， 可以试验 反之为不合格1 。试验完成 后将换向阀处于右位 ， 系统卸载 。 活塞杆缩 回。 1 一 油 箱2 一电 动 机3 一柱 塞 泵 4 一 高压溢 流阀5 一 滤油器6 一 单向阀7 一 蓄能器 8 一 压 力表9 一 二位三通换向阀 1 0 一 手摇泵 1 1 - 增压缸 图4加载系统液压原理 图 5小 结 设计的增压缸能达到 6 5 MP a的压力 ．这样能有效 地模拟液压支架工作 时的情况 ．能够为试验台测试提 供足够 的压力 ．同时主液压回路仍然保持在较低 的压 力下工作[ 7 J ． 它不需要采用 比较昂贵 的液压传动装置 即 可使系统的重量减轻 。 结构紧凑 。 液压缸的设计结构和 主要参数都是合理的． 能够满足试验的要求。 参考文 献 [ 1 ] 肖丽嫒， 赵增宏， 王守城， 刘元嫒 ， 杨鹏 ， 段俊勇． 液压综合试 验台系统设计 [ J 1 ． 液压与气动， 2 0 1 2 ， 4 4 3 4 5 ． [ 2 】 李青． 抓岩机增压缸的设计[ J 1 ． 机械工程与自动化， 2 0 0 4 ， 6 4 4 45． [ 3 】 曲海龙 ， 董丽华． 水压试验机主液压缸设计 [ J ] ． 一重技术， 2 0 1 0 ， 3 l 1 1 3 ． [ 4 ] 隋文臣． 液控双作用增压器的探讨[ J ] ． 液压与气动， 2 0 0 4 ， 1 o 5 9 - 6 1 ． [ 5 】 张 中金． 液 压支架立柱 、 千斤顶 泄漏的原 因及排 除方法[ J ] ． 煤 炭科技， 2 0 0 6 ， 2 3 9 4 0 ． [ 6 】 车恒德． 浅谈 车氏密封 [J ] ． 液压气动与密封， 1 9 9 9 ， 6 3 6 4 1 ． [ 7 ] 隋文臣 ， 宁玉珊． 基 于普通活塞式 液压缸组成 的增压器[ J ] ． 机 床与液压， 2 0 1 0 ， 3 8 1 2 7 2 7 4 ． [ 8 】 成 大先 ． 机械 设 计 手 册 【 M】 ． 北 京 化 学 工 业 出版 社 ， 2 0 04 ． [ 9 】 雷天觉． 液压工程手册[ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 0 ．