材料拉伸机新型液压侧推夹具的研究.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s＆ S e als ， NO ． 0 8 ． 2 01 4 d o i l 0 ．3 9 6 9 ． is s n ． 1 0 0 8 - 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 0 8 ．0 1 7 材料拉伸机新型液压侧推夹具的研究 苏东海 ． 唐炫 慧 沈 阳工业 大学 机械 工 程学 院 ， 辽 宁 沈 阳 1 1 0 8 7 0 摘 要 该文对材料拉伸机液压楔形夹具 的结构 、 夹紧力及液压系统三个方 面的不足进行 了分析 、 改进 ， 研制出一种新型的液压侧 推夹具。 新型液压侧推夹具创新性地采用了主动式的夹紧方式 ， 使夹紧力恒定 ， 不受实验力制约 ， 简化了材料拉伸机的夹具结构 ； 同时液压 系统改进 成恒压系统 ， 降低了成本 ， 提高了实验可靠性。 关键词 液压侧推夹具 ； 主动式 ； 夹 紧力恒定 ； 材料拉伸机 中图分类号 T H1 8 1 T H1 3 7 文献标识 码 A 文章编号 1 0 0 8 - 0 8 1 3 2 0 1 4 0 8 - 0 0 4 9 - 0 2 Th e Re s e a r c h on Hy d r a u l i c Horiz o n t a l P us hi n g Cl a mp f o r Te ns i l e M a c h i n e SU Do n g - h a i ， T ANG Xu a n - h u i T h e S c h o o l o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ， S h e n y a n g Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ， S h e n y a n g 1 1 0 8 7 0 ， C h i n a Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r , t h r e e s h o r t c o mi n g s o f t e n s i l e ma c h i n e’ S s t r u c t u r e o f h y d r a u l i c we d g e c l a mp、 c l a mp i n g f o r c e a n d h y d r a u l i c s y s t e m a r e a n a l y z e d ， a n d a n e w t y p e o f h y d r a u l i c p u s h o v e r c l a mp i s d e v e l o p e d t o s o l v e t h o s e p r o b l e ms ． I n o r d e r t o ma k e t h e c l a mp i n g f o r c e c o n s t a n t ， n o t b e c o n t r o l l e d b y l o a d i n g f o r c e ， a n d s i mp l i f y t h e c l a mp s t r u c t u r e o f t e n s i l e ma c h i n e ，t h e n e w t y p e o f h y d r a u l i c p u s h o v e r c l a mp a d o p t s a c t i v e wa y o f c l a mp i n g i n n o v a t i v e l y ． Me a n wh i l e ， t h e h y d r a u l i c s y s t e m i s i mp r o v e d t o b e a c o n s t a n t p r e s s u r e s y s t e m f o r r e d u c i n g t h e c o s t a n d e n h a n c i n g t h e e x p e rime n t r e l i a b i l i t y ． Ke y wor d s hy d r a ul i c h o riz o nt a l p us hi n g c l a mp； a c t i v e； c l a mpi ng f o r c e c o ns t a n t ； t e ns i l e ma c hi ne 0 前言 材料拉伸机是质量检验 和材料性 能测试必不 可少 的实验器材 ．它的动作可 以简单地分 为夹持和拉伸两 个 步 骤 。 本 文 主要 研究 材 料拉 伸 机 的夹持 动 作 2 0世纪 5 0年代之前 ． 国内外基本都采用机械夹具进行夹持 ； 而 5 0年代之后 ． 随着专用高速机床的诞生 ． 液压夹具逐渐 登上历史舞 台 液 压 夹 具 就是 把 标 准 的 液压 元 件 和根 据 试 样 特 性 设计的机械零件装配在一起形成 的 它与传统 的机械 夹具相 比． 自动化程度高 。 装夹 和释放试样 快速 ， 夹紧 力可靠 。使用寿命 长 ．所以液压夹具的应用越来越广 泛 ， 是工厂大批量生产 中不可或缺 的工艺装备 。本文对 收稿 日期 2 0 1 3 1 2 3 1 作者简介 苏 东海 1 9 6 4 一 ， 男 ， 辽宁黑 山人 ， 教授 ， 博士 ， 现从事液压领域 的科学研究 工作 。 的饱 和罐 的密封方式 简单可靠 ， 操作便捷 ， 造价低廉 。 为各种需要正负压切换 的装置提供了新的思路。 参考 文 献 [ 1 】 崔 红彦 ． 超 低 渗油 气藏 岩心 孔 隙度 分 析技 术[ J ] ． 内江 科技 ， 2 01 2， 9 ． 材料拉伸机液压楔形夹具的不足进行分析 。研制出一 种新型的液压侧推夹具[ 1] 。 l 新 型液压侧推 夹具 的结构 液压楔形夹具是 由楔形块和夹具体构成的 ．这种 结构适合夹持圆柱试样 。如果用于夹持板试样 ，夹具 结构非常复杂 ．不仅使受力分析变得困难 。还会影响 实验的可靠性 。除此之外 ，液压楔形夹具对于楔形块 和试样的形状精度要求较高 ．否则就会使试样受力不 在一个方 向上 ． 令试样受弯矩作用【 z - ， 从而影 响实验结 果准确性 液压侧推夹具的夹紧方式就是在水平方向上推动 夹 持 的方式 液 压侧 推 夹 具 由上 下 两 组完 全 一样 的夹 具组成 ， 它的工作原理是 装入试样一上面一组液压缸 动作一 上夹具定位 、 预夹紧一拉伸机带动上液压缸 、 上 夹具和试样定位到指定位置一 下面一组液压缸动作一 【 2 】 杨 娟珉． 锥形 阀瓣密 封钛截 止 阀的设计 及应 用[ J ] ． 钛工业 进 展 ， 2 0 0 2 ， 6 3 6 3 7 ． [ 3 】 郑 之盛 ．O 型密封 罔密封 性能影 响 因素分 析[ J ] ． 现代 商 贸工 业 ， 2 0 1 0 ， 2 2 4 2 6 4 2 7 ． [ 4 】 周 凤 军 ， 陈 文 明． 低 渗岩 心 渗 吸实 验研 究 [ J ] ． 复 杂油 气 藏 ， 2 0 0 9， 3 5 4 - 5 6 ． 4 9 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 4年 第 0 8期 下夹具预夹紧一 上下夹具同时加力 ，夹紧任务完成[3 1 。 夹具夹紧示意图如图 1 所示 。 钳 口 左视图 主视图 图 1 液压 侧 推 夹具 夹持 示 意 图 液压侧推夹具的结构组成 液压侧 推夹具 由夹具 体 、 钳 口和辅助附件组成 。 如 图 1的主视 图所示 。左右对称的长方体代表异 形油缸 长方形油缸 ； 中间带沟槽 的长方体及上面的 凸台是夹具体 ； 沟槽 内部凸出的圆台是钳 口。钳 口与异 形油缸 的伸出杆连接在一起 ．通过液压缸伸出杆的运 动来完成夹持和松开 的动作 1 ． 1 新型 液压侧 推 夹具 的夹 具体 液压侧推夹具的夹具体结构如图 2所示 圈 2液 压 侧 推 夹 具 夹 具 体 结 构 长方体侧面圆孔是钳 口的导向孑 L ． 圆孔下方 的大 T 形槽用于扩展功能 ．通过附加一些简单 的装置可以夹 持圆柱试样。大 T形槽下方的小 T形槽用于导 向功能 ， 通过附加一个导 向块可以帮助准确地安装试样 。夹具 体上方的凸台是附件连接套。 1 ． 2新型 液压 侧 推夹具 的钳 口 由于液压侧推夹具夹持力是恒力 ． 比较大 ， 所以钳 口表面的设计很重要 ． 它不仅需要能够 防止试样打滑还 要不损害试样 钳 口的表面在机械加工后要进行热处理 和气体渗碳 。 保证硬度值达到 HR C 5 4 ～ 5 6 。 若为了追求 最佳防滑效果 ．可将钳 E l 齿面设计成 图 3左图的形状 ， 无论试样向上或向下打滑． 都将承受齿面较陡一侧的阻 力。这种钳 E l 表面设计对于钳 口安装方向有一定要求 ， 不可随意安装 ， 否则会严重损坏钳 口齿 面 ， 必要 的时候 5 0 可 以设计定位稍来帮助安装钳 口 若为了追求结构 简 单 、 安装方便 ， 可将钳 口表面的齿面设计成 9 0 o ， 两侧倾 角 4 5 ， 这样无论怎么安装都不会损坏齿面 ． 如图 3右图 所示 ． 本文采用的就是图 3右图的齿面。 钳 口的技术参数如图 4 所示 ． 为了保证钳 口与试样 充分接触 ， 钳 口与试样接触表面的形位精度要求较高 而且为了避免损坏试样表面 ．钳 口表面的齿尖要被打 磨掉。除此之外 ， 为了延长钳 IZ l 的使用寿命 ． 齿间距 的 选 取也 至关 重要 上齿面方向 下齿面方向 图 3 防滑钳 口齿面和简易钳 口齿面 甘U 回 A A 3 |／ ＼ - L ＼ ] 詈 1 一 一 1 _ 一 ／ I 1_『 | | 1 V 5 6 l 一 1 3 5 ． 1 5 图 4钳 口 的技 术 参 数 2 新型液压侧推夹具的夹紧力分析 虽然液压楔形夹具在现代工厂里应用广泛 ．但它 存在很多不足之处 ．严重影响了试样性能检测的质量 和准确度[6 1 。本文对液压楔形夹具夹紧力的不足进行分 析 、 研究 。由 图 5左 图 的楔形 夹具 的夹 持 原理 可见 ～ 1 圈 5楔形夹具和侧推夹具的夹持原 理 试样受力为 ． Hv d r a ul i c s Pne u mat i c s Se a l s ／ No ． 08 ． 201 4 『- 1 夹具体受力为 ． {N S N c o sO -tx怕si n O 【 1 、 由受力分析可见 ． 楔形夹具 的夹紧力是被动力 ． 夹 紧力 大 小 要 随着 实 验 的进行 而 增 加 ．否则 试 样 会 发生 滑动 。而且如果实验力突然消失 ． 还会造成整个系统发 生剧烈振动和声 响。除此之外 ． 夹具体受力复杂 ， 各个 力之间不停变化 ． 互相制约 ． 这对夹具及试样性能分析 产生很大困难 本文对于液压楔形夹具夹 紧力 的不 足进行改进 ． 研 制 出一 种新 型 的液 压侧 推 夹 具 侧 推 夹 具 的夹 紧力 是主动式 的夹紧力 ． 夹紧力方 向与实验力方 向垂直 ． 两 者互相没有制约 ．所以它 的大小不需要随着实验 的进 行而增加 ．只要保证夹紧力大小大于等于实验力就可 以避免试样发生滑动 ． 如图 5右图所示。而且实验力突 然消失 ． 系统也不会发生剧烈振动 。除此之外 ， 液压侧 推夹具受力简单 ． 大大简化 了夹具 的力学模 型 ， 为夹具 及试样的性能分析提供 了方便 3 新 型液 压侧推夹具液 压系统分析 新 型 侧 推 夹具 液 压 系 统 的压 力 是 恒定 的 ．液 压 原 理 比楔形夹具系统简单很多 ． 如图 6所示I S ] 。 1 为高压小 流 量 的柱 塞泵 ， 2为 低压 大 流量 的齿 轮 泵 。 夹 持开 始 时 。 两个泵同时工作 ． 使左右两个液压缸快速运动 ． 当接触 到试样表面时 。 压力升高 ， 当升高到调定值 时 。 与 2相 连 的溢流 阀将 2卸荷 ， 这时只有 1工作 ， 左右两个液压 缸慢慢的将试样夹紧。与 1相连的溢流 阀调定 系统最 大压力 ， 比例溢流阀用来调定 系统工作压力 ． 对 于不 同 的试样 ， 要求 的夹持力不一样 。 就通过 比例溢流 阀[9 】 来 调定 图 6侧 推夹具液压 系统原理 图 为 了使 液压系统能够夹持较短的试件 ．我们设计 的时候要使上下两组液压缸最小 中心距尽可能小 相 同技术参数的液压缸 ．异形液压缸 比圆柱形液压缸的 最小 中心距 小 ． 如 图 7所 示 液压系统最大输出压力为 4 8 MP a 系统流量 l O L h n i n 。 由于 比例溢流阀和液压缸之间的换向阀有压差 ，所 以 每 当夹持一种新的试样前 ． 都需要进行调试 。比如 ， 需 要 系统提供 2 0 MP a的夹持力时 ， 我们先将 比例溢 流阀 调到 2 0 MP a ． 通过压力传感器读 出液压缸压力数据 ， 如 果小于 2 0 MP a时 。 再将 比例溢流 阀调 高 ， 反复调试便 可【 1 o l 。 目 圆柱形液压缸异形 长 方形 掖压缸 图 7 圆柱 形和异形 液压 缸中心距 的比较 4 总结 本 文通 过 研 究 常用 的液 压楔 形 夹具 的不 足 ，提 出 了一种新型液压侧推夹具 。它从夹具 的机械结构到液 压系统 的设计 ．从实验数据 的准确性到操作 的快速性 都有了大 幅度的提高 ．将材料拉伸机 的性能提高到一 个新 的水平 液压侧推夹紧是一个新 的夹紧方式 ，经过我们不 断 的实验 、 改进及调试 ， 充分验证 了它 的优势和潜能 。 对 于材 料拉 伸机 而 言 ． 它是 一个 成功 的改造 。我 们展 望 以后能够更加完善这种改造 ．使它能够发挥更大 的作 用 ． 不仅应用于材料拉伸机上 ． 也能将这种夹紧方式应 用于其他的设备上 参 考 文 献 [ 1 】 邓义林 ， 闫永腾 ． 试验机 拉伸夹具 的设 计与探索 [ J ] ． 试验 技术 与试 验机 ， 2 0 0 8 ， 1 4 6 5 O ． [ 2 ] 李健康． 拉伸试验 的夹 持原理【 J ] ． 沙 洲职业工学院学报 ， 2 0 0 8 ， 1 1 1 1 - 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