超长大型液压缸的设计与研究

发布时间：2017-07-17 14:21

  本文关键词：超长大型液压缸的设计与研究

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【摘要】：超长大型液压缸广泛应用于大型机械工程领域、大型装备制造业及船舶行业,对国民经济的发展具有极其重要作用。但是目前超长大型液压缸的设计分析具有个例性质,设计标准与流程不是很完善。本文基于超长大型液压缸工作过程中的动静态特性,建立设计校核的方法与流程;以液压启闭机油缸为例展开具体分析与优化；最后运用有限元软件ANSYS和加载试验进行了验证。对液压油的粘性、可压缩性及液压弹簧效应等进行了研究,在此基础上展开超长大型液压缸的动静态特性分析。重点探讨了超长大型液压缸瞬态突变时因自身惯性、液压油可压缩性影响而产生的爬行现象,低速运动过程中受非线性摩擦力、非线性弹簧力影响而产生的过渡现象,以及动态特性的抑制消除措施。综合动静态特性、工作环境及基本性能参数,确定超长大型液压缸整体结构型式和各组件连接形式,分析得出缸筒组件、活塞杆组件、密封装置、支承导向装置、缓冲装置等组成部分的材料、技术要求和主要参数,最后对各组件及整体件进行了校核。进一步研究了带安装角度的超长大型液压缸。以液压启闭机油缸为例,对超长大型液压缸展开具体的设计计算,确定各零部件的结构尺寸及连接方式,绘制出结构尺寸示意图,并进行了校核。采用遗传算法与复合形法相结合的Mtalab分析方法,对液压启闭机油缸进行优化设计。探讨了缸筒组件与活塞杆组件之间的配合间隙、两端耳环与外接支座轴销之间的摩擦及安装角度对轴向承载能力的影响规律。对液压启闭机油缸进行了ANSYS分析和试验验证。运用有限元ANSYS软件中APDL命令流对液压启闭机油缸进行动静态分析：通过特征值屈曲分析进行稳定性校核;利用非线性屈曲分析进行强度校核：改变液压启闭机油缸缸筒与活塞杆之间配合间隙、两端耳环与支座轴销之间摩擦系数及安装角度,分析得出对应的最大轴向承载及其变化规律；对液压启闭机油缸进行了模态分析。最后对液压启闭机油缸轴向承载能力进行了具体的加载试验,进一步验证理论模型计算分析和ANSYS分析的可靠性。本文对超长大型液压缸进行了理论设计与研究,不仅从技术层面上保证其满足工作环境提出的各种要求,从经济层面.上也进行了优化分析,可以为超长大型液压缸的制造及产业化提供一定的理论参考。
【关键词】：超长大型液压缸 动静态分析 设计流程 优化 有限元分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 课题背景14-15
• 1.2 国内外液压行业市场状况分析15
• 1.3 国内外超长大型液压缸设计研究现状15-17
• 1.3.1 国外超长大型液压缸设计研究现状15-16
• 1.3.2 国内超长大型液压缸设计研究现状16-17
• 1.4 超长大型液压缸的发展趋势17-18
• 1.5 课题研究的目的及主要内容18-20
• 1.6 本章小结20-21
• 第2章 超长大型液压缸工作特性分析21-43
• 2.1 液压油工作时的动静态研究21-26
• 2.1.1 液压油工作时的静态特性21-23
• 2.1.2 液压油工作时的动态特性23-25
• 2.1.3 液压油的选取25-26
• 2.2 超长大型液压缸静态特性分析研究26-28
• 2.2.1 主要性能参数26-27
• 2.2.2 内外泄露分析27-28
• 2.3 超长大型液压缸动态特性研究28-42
• 2.3.1 过渡现象29-31
• 2.3.2 爬行现象31-42
• 2.4 本章小结42-43
• 第3章 超长大型液压缸设计分析43-67
• 3.1 超长大型液压缸结构形式和基本性能参数43-44
• 3.1.1 结构形式43
• 3.1.2 基本性能参数43-44
• 3.2 超长大型液压缸主要零部件设计44-56
• 3.2.1 缸筒组件的设计计算45-47
• 3.2.2 活塞杆组件的设计及计算47-48
• 3.2.3 两端耳环的设计计算48-49
• 3.2.4 密封装置设计49-51
• 3.2.5 支承导向装置的设计计算51-52
• 3.2.6 缓冲装置的设计计算52-55
• 3.2.7 排气装置的设计计算55-56
• 3.2.8 油口装置的设计计算56
• 3.3 超长大型液压缸的校核56-64
• 3.3.1 缸筒组件的校核57-58
• 3.3.2 活塞杆组件的校核58-62
• 3.3.3 支承导向装置校核62-64
• 3.3.4 两端耳环及其焊缝校核64
• 3.4 带安装角度超长大型液压缸的分析研究64-66
• 3.5 本章小结66-67
• 第4章 液压启闭机油缸设计分析与优化67-84
• 4.1 液压启闭机油缸的设计计算67-73
• 4.1.1 液压启闭机油缸的材料68-69
• 4.1.2 缸筒组件的设计计算69-71
• 4.1.3 活塞杆组件的设计计算71-73
• 4.1.4 其他零部件的设计计算73
• 4.2 液压启闭机油缸的校核73-77
• 4.2.1 缸筒组件的校核74-75
• 4.2.2 活塞杆的校核75-76
• 4.2.2.1 活塞杆强度校核75
• 4.2.2.2 活塞杆稳定性校核75-76
• 4.2.3 其他零部件的校核76-77
• 4.2.3.1 支承导向装置的校核76
• 4.2.3.2 两端耳环的校核76-77
• 4.3 液压启闭机油缸的优化设计77-82
• 4.3.1 尺寸参数优化77-81
• 4.3.2 密封结构优化81-82
• 4.4 配合间隙、摩擦和安装角度的影响82-83
• 4.4.1 配合间隙的影响82
• 4.4.2 摩擦的影响82-83
• 4.4.3 安装角度的影响83
• 4.5 本章小结83-84
• 第5章 液压启闭机油缸ANSYS分析与试验验证84-99
• 5.1 液压启闭机油缸ANSYS分析84-93
• 5.1.1 液压启闭机油缸SolidWorks建模84-85
• 5.1.2 ANSYS分析的初始设定85-88
• 5.1.3 ANSYS特征值屈曲分析88-90
• 5.1.4 ANSYS非线性屈曲分析90
• 5.1.5 配合间隙、摩擦和安装角度的影响90-91
• 5.1.6 模态分析91-93
• 5.2 液压启闭机油缸试验验证93-97
• 5.2.1 试验目的94
• 5.2.2 试验方法与原理94-96
• 5.2.3 试验装置96
• 5.2.4 试验数据分析96-97
• 5.3 本章小结97-99
• 结论与展望99-101
• 参考文献101-106
• 致谢106-107
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)107-108
• 附录B (ANSYS分析命令流)108-114

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本文编号：554011