关于拉力试验机偏载力的计算研究

更新时间:2017-01-13 来源:拉力试验机关闭

    50T拉力试验机通过两个推力油缸拉动主动小车来对试件进行拉力实验。两个油缸的不同步,促使主动小车边轮承受巨大载荷。为保证整机在最大拉力下能正常工作,非常有必要对严重不同步时的偏载力进行校核计算。

    1 偏载力的计算物理模型

    偏载的产生主要是由电子万能试验机两油缸运动不同步所造成的。在500t拉力试验机中,两推力油缸的同步由图1所示的液压系统中采用了同步阀8的同步油路来保证。由于同步阀的精度有限,会造成进入油缸的流量不一致,而两油缸相同,缸径D相等,因此造成了油缸速度的一快一慢。

    两推力油缸分别在A、B处通过销轴跟主动小车相连,见图2。试件通过拉杆在O点与小车相连。

    油缸活塞杆伸缩速度的不一致会导致小车有转动的趋势,此时侧轮与边梁接触产生偏载力阻止小车转动。当右油缸伸出动作比左油缸快时,右油缸对小车作用力比左侧大,此时小车在水平面的受力分析如图2所示。

    2 最大偏载力的分析

    2.1 小车受力分析

    根据图2的受力分析,在这里假设右油缸动作比左边快,即F1>F2,由于小车动作缓慢,可得出小车受力平衡公式及力矩平衡公式:

    F1+F2=T          (1)

    N1=N2=N          (2)

    F1·L1-F2·L2=T·L3          (3)

    式中:T———试件对小车产生的作用力,N;

    F1———右油缸对小车作用力,N;

    F2———左油缸对小车作用力,N;

    N1———右侧轮所受支承力,即偏载力,N;

    N2———左侧轮所受支承力,N;

    L1———右油缸安装销与拉杆安装销的距离,mm;

    L2———左油缸安装销与拉杆安装销的距离,L1=L2=770mm;

    L3———两侧轮之间的距离,L3=760mm。

    2.2 油缸作用力不平衡性分析

    由于受同步阀精度影响,导致两推力油缸对主

    动小车产生的实际作用力不相等,系统背压忽略不

    计,油缸作用力与油压关系如下:

    F1=P1A1          (4)

    F2=P2A2          (5)

    式中:P1———右油缸无杆腔的油压,MPa;

    P2———左油缸无杆腔的油压,MPa;

    A1、A2———两油缸无杆腔面积,mm2。

    同步阀两出口流量的压差计算式如下:

    式中:Q1———通过同步阀进入右油缸的流量,L/min;

    Q2———通过同步阀进入左油缸的流量,L/min;

    Cq1、Cq2———流量系数,Cq1=Cq2;

    A3、A4———节流口面积,A3=A4;

    ΔP1=P-P1,ΔP2=P-P2,其中P为系统压

    力,由于前面已假设F1>F2,故P1>P2,ΔP1>

    ΔP2,同步阀进入调整状态,设其两出口流量关系为:

    Q2

    Q1=1+S        (8)

    其中S为同步阀的同步精度。

    此外,两油缸无杆腔面积相等:

    A1=A2=A       (9)

    综合等式(4)~(9)可以得出两油缸作用力的

    计算式如下:

    F1=[T+(S2+2S)·P·A]/(S2+2S+2)    (10)

    F2=[(1+S)2·T-(S2+2S)·P·A]/(S2+2S+2)       (11)

    2.3 偏载力计算

    由式(3),(10),(11)可以得出偏载力的计算式

    如下:

    N=F1·L1-F2·L2L3=(L1/L3)×[(S2+2S)·(2P·A-T)/(S2+2S+2)]      (12)

    从公式(12)可看出,偏载力N随同步精度S的提高而减小,随小车两侧轮之间的距离T的增大而减小,随小车两侧轮之间的距离L3的增大而减小。

    3 结 论

    拉力试验机偏载严重影响它的正常工作。分析了其产生的原因。通过力学分析,得出了偏载力的计算公式,为500t拉力试验机整机的设计提供了理论指导。

    同时发现,同步精度和小车侧轮间距对偏载力的大小有重大影响,设计时可以合理选择和调节这两个参数以减小偏载力。

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