某车载液压油箱的设计与结构分析.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． O 3 ． 2 0 1 6 d o i l O ．3 9 6 9 ． is s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 6 ．0 3 ． 0 1 8 某车载液压油箱的设计与结构分析 谭 技 ， 滕 达 ， 井 江 ， 谭智鹏 ， 李 萍 ， 熊俊俏 1 湖北三江航天万山特种车辆有限公司 地面装备研究所， 湖北 孝感4 3 2 0 0 0 ； 2 ．武汉工程大学 电气信息学院， 湖北 武汉4 3 0 0 7 3 摘要 该文在详细分析车载油箱受力的基础上， 采用 A l g o r 对油箱进行有限元分析， 验证了该油箱设计方案 ， 从而对油箱进行设计优 化 ； 同时总结了该类型油箱安装螺栓组的设计方法， 对该类型油箱的工程设计具有指导意义。 关键词 车载油箱； A l g o r ； 有限元分析 ； 螺栓组设计 中图分类号 T H1 3 7 ； U 4 6 9 ． 3 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 6 0 3 0 0 5 5 0 3 De s i g n a n d S t r u c t u r e Ana l ys i s o f t he Ve hi c l e Hyd r a ul i c Ta n k T AN J i ， T ENGDa ， J I NG J i a n g ， T A N Z h i - pe n g ， L 1 Pi n g ，XI ONG J u n q i a o 1 ． H u b e i S a n j i a n g S p a c e Wa n s h a n S p e c i a l v e h i c l e C o ． ， L t d ． I n s t i t u e o f G r o u n d E q u i p me n t ， Xi a o g a n 4 3 2 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． C o l l e g e o f E l e c t ri c a l a n d E l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g ， Wu h a n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y , Wu h a n 4 3 0 0 7 3 ， C h i n a ； Ab s t r a c t I n o r d e r t o v e r i f y a n d o p t i m i z e t h e d e s i g n o f t h e v e h i c l e h y d r a u l i c t a n k ， t h e p a p e r a n a l y z e s t h e s t r e s s s t a t e o f t h e t a n k i n d e t a i l ， a n d p e r f o r ms fi n i t e e l e me n t a n a l y s i s b a s e d o n the s o f t wa r e Al g o r ； M e a n wh i l e ， t h e p a p e r s u mma r i z e s t h e d e s i g n me t h o d o f t h e i n s tal l a t i o n b o l t ， wh i c h h a s g u i d i n g s i gn i fi c a n t f o r t h e e n g i n e e rin g d e s i gn o f t h i s k i n d o f t a n k． Ke y wo r d s v e h i c l e h y dra u l i c t a nk ； Al g o r ； F EM ； b o l t g r o u p d e s i g n O 引言 车载液压动力源是重型越野 车的重要分系统 ， 而 收稿 日期 2 0 1 5 1 0 2 5 基金项 目 武汉工程大学科研 基金资助项 目 K 2 0 1 4 2 1 作者简介 谭技 1 9 9 0 - ， 男 ， 湖北 当阳人 ， 助理T程 师 ， 硕士 ， 研究方 向 车载电液传动与控制技术。 - - - 4 - - - - - - - 4 - - - - - - 一 - - - - - - - - 4 - - - 力的变化。当两船距离增大时， 垂度减小 ， 软管张力增 加 。当软管 张力达到上限值 时 ， 液压马达的压力达 到 电磁 比例溢流阀 1 O 的设定压力 ， 则控制溢流阀9 打开 ， 液压油可以经过三位四通电磁比例阀4 回到液压马达 的另一侧 ， 液压马达工作在“ 泵” 状态， 软管 自动放出， 软管垂度增加， 张力减小。软管张力低于上限值时， 电 磁比例溢流阀1 0 关闭， 停止释放软管。当两船距离减 小时 ， 垂度增加 ， 软管张力减小 ， 液压 马达 的压力也减 小 ， 控制系统通过压力传感器检测液压马达的压力， 当 压力小于下限值 根据软管垂度计算的设定值 时 ， 控 制系统控制三位 四通 电磁 比例 阀4 到左位 ， 软管收紧。 随着软管的回紧， 软管垂度减小 ， 张力增加 ， 当软管张 力高于下限值时， 三位 四通电磁 比例阀4回到保持 状态。 3 结论 某型海上补给装置的补给软管张力自动控制采用 液压 油箱是 为整个 液压 系统贮存 、 提供液压油 的关键 部件 。车载式液压 油箱 主要有侧 置式 和后置式两种 。 侧置式油箱一般悬挂在车辆底盘车架外侧 ， 侧置式便 于管路布置， 但是由于悬挂布置和空间限制 ， 侧置式油 箱容积有限； 后置式油箱一般布置在车辆底盘上方， 便 于安装及拆卸维修 ， 且可以具有较大的容积。 被动释放软管和主动收紧软管相结合的方式实现软管 垂度 的控制 ， 可克服放管和收管转换时机械效 率带来 的影响 ， 提高了收管时的灵敏度 ， 比全被动式收放软管 对系统动态特性适应性好， 软管张力控制精度高。 参考文献 Ⅲ 1 翟性泉， 夏勇， 赵厚宽． 夕 军补给舰船【 M] ． 北京 国防工业出版 社． 2 0 1 3 ． 【 2 ] 余 建星， 顾鹏． 海上液货补给技术[ J ] ． 海洋技术， 2 0 0 5 ， 1 2 ， 1 0 3 -1 0 6 ． [ 3 】 严梅剑． 海上横行横向补给装置选型设计[ J ] ． 船舶， 2 0 0 4 ， 2 ， 5 1 - 5 3 ． [ 4 】 王琦， 翟性泉， 赵厚宽． 基于悬链线法计算某型航行横向液 货补给装置软管受力[ J ] ． 机电工程技术， 2 0 1 5 ， 3 ， 1 0 2 - 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2 ， r 一 I l ‘ m “ ， 、 。 “ i 故最大工作载荷为 FF F 1 5 9 2 5 N 。 在 的作用下， 连接板处由于该惯性力可能产生 滑移， 根据连接板不产生滑移的条件 ／ 、 f l z x F o 一 ，j ≥ F x 5 式中 产一 摩擦系数， 取0 ． 3 ； 因为连接板间有橡胶垫片， C b ／ f C m C b 取0 ．9 ； C m ／ C mC b 为 0 ． 1 ； 防滑系数F s 取 1 ． 2 。 因此 ， 由式 5 得预紧力 F o 2 5 1 1 3 N， 则螺栓 的总 拉力为 F 。 赢 F 3 9 4 4 5 N 6 选择性能等级 9 ．8 的螺栓， 查得材料屈服极限6 6 4 0 M P a ， 安全系数取 1 ．5 ， 故螺栓许用应力 o S 4 2 6 ． 6 MP a 7 可求得螺栓危险截面直径为 ≥ 4 x 1 ． 3 F2 ． 1 2 ． 3 7 O 2 m m 8 、 I - - L u J 按粗牙普通螺纹标准 ， 选用公称直径 M1 6 2 螺纹 小径 d 1 3 ． 8 3 5 mm1 2 ． 3 7 0 2 m m 。 4 结论 通过对车载后置式油箱进行全面的受力分析 ， 进 而采用有限元分析油箱结构强度 ， 得到了直观的分析 结果 ， 验证了该车载液压油箱的本体结构设计合理， 满 足设计技术要求 ， 同时设计了合理的油箱安装螺栓 组 。对该类 型油箱 的工程设计具有指导意义 ， 进而优 化油箱结构 。 另外， 还需要采用流固耦合理论将液体晃动问题 与结构振动问题结合起来研究 ， 这需要进一步深人 探讨。 参考文献 [ 1 ] 王虎奇， 何海钊， 卢海燕 ， 等． 装载机侧置式油箱的有限元分 析与改进设计[ J 1 ． 机械设计与制造， 2 0 1 0 ， 8 2 4 - 2 5 ． 【 2 】 冀宏腋压气压 精 动与控制[ M 1 武汉 华中 科斋 出版礼 2 0 0 9 ． 【 3 ] 寇晓东， 唐可， 田彩军． A L G O R结构分析高级教程[ M】 ． 北京 清华大学出版社， 2 0 0 8 ． 【 4 】 濮 良贵， 纪名刚． 机械设计【 M 】 ． 北京 高等教育出版社， 2 0 0 6 ． [ 5 】 徐灏． 机械设计手册【 M 】 ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 0 ． [ 6 】 贾善坡， 许成祥． 储液容器内液体自由晃动的有限元分析[ J 】 ． 船舶力学， 2 0 1 2 ， 1 6 1 2 1 2 6 ． 57 位移云图， 分析结果如表 1 所示。 表1油箱受力分析结果 可见 ， 在工况一 时 ， 油箱受力较均匀 ， 无 明显应力 集中， 最大应力约为6 0 ． 1 M P a ， 箱体最大位移为油箱后 壁右上部 ， 最大位移约为0 ．6 2 m m。在工况二时， 油箱 受力较均匀， 较大应力分布在箱体前壁与隔板焊接处， 及前壁加强筋处， 最大应力约为7 5 M P a 。箱体最大位 移为油箱前壁两侧部分， 最大位移约为1 ． 1 8 m m。 2 ． 2 油箱有限元分析结果及改进方案 由仿真分析可知， 箱体整体受力比较均匀， 最大应 力在箱体内壁与隔板连接处 ， 以及油箱各底座， 其最大 应力 约为 7 5 M P a ， 箱体 材料 1 2 C r 1 8 N i 9 屈 服极 限为 2 0 5 MP a ， 可见最大应力远小于该材料屈服极限 ， 安全系 数为2 ．7 3 ， 该油箱结构满足强度要求。增加的散热片 明显提升油箱刚度 ， 改善了油箱形变， 箱体最大位移为 前壁隔板间部分 ， 最大位移约为 1 ． 1 8 ra m， 不影响油箱 正常工作。考虑到箱体内壁与隔板连接处应力较大， 为防止长时间工作后引起疲劳断裂， 可在箱体内壁加 隔板夹固定隔板。另在油箱底座已经设置加强筋板， 保证该处结构强度 。 3 油箱螺栓组受力分析 油箱安装螺栓组布置如图5 ， 结合第2 节中受力分 析可知， 在 的作用下， 螺栓组连接承受横向力和倾覆 力矩的作用。在 的作用下， 螺栓组受轴向拉力， 当 方向竖直向下时， 压缩连接件， 使螺栓放松， 减小螺栓 受力 ； 当F v 方向竖直向上时， 拉伸螺栓 ， 对螺栓产生轴 向载荷。故计算时， 考虑 和竖直向上的 。 图 5 螺栓组布置示意 图 油 箱 本 体 及 其 附件 总 重 量 约 为 7 5 0 k g ， 油 液 重 1 7 0 0 k g ， 总质量 为 2 4 5 0 k g ， 由式 2 ． 2 得 F x F , 4 9 O 0 0 N， 在 的作用下， 各螺栓所受的工作拉力为 4 9 0 0 0 N ／ 8 6 1 2 5 N 3 受力集 中在油箱中心处 ， 会产生倾覆力矩 h ／ 2 3 9 2 0 0 N 。在该倾覆力矩作用下， 一侧螺栓受到 减载作用 ， 一侧螺栓受到加载作用 ， 现计算加载侧螺 栓 ， 所受最大载荷为