液压气动与密封／２０１３年第Ｏ９期 基于ＣＡＥ的变幅油缸屈曲分析研究 刘帮才，张洪波，李永奇，尹立松 （徐州徐工液压件有限公司，江苏徐州 ２２１００４） 摘要：该文首先利用形状系数法、能量计算法和变截面参数加权法得到变截面油缸失稳时的最大临界应力．然后利用ＣＡＥ有限元分 析软件建ｃｒｙ变幅油缸的三维数学模型，并设置相应的求解参数。通过理论计算结果和分析结果的对比。得到可适用于工程实践的计 算公式，对今后油缸的设计和稳定性校核有很好的指导意义。 关键词：变截面杆；油缸失稳；临界载荷；屈曲分析 中图分类号：ＴＨＩ３７．５１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１３）０９—００７０—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｂｕｃｋｌｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＡＥ ＬＩＵ Ｂａｎｇ－ｃａｉ，ＺＨＡＮＧ Ｈｏｎｇ－ｂｏ，ＬＩ Ｙｏｎｇ－ｑｉ，ＹＩＮ Ｌｉ－ｓｏｎｇ （Ｘｕｚｈｏｕ ＸＣＭＧ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｆｉｒｓｔｌｙ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ，ｅｎｅｒｇｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｖａｒｉａｂｌｅ ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗｅｉｇｈｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｍ￣ｉｍｕｍ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｂｅｃｏｍｅｓ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅ ＣＡＥ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｌｕｆｉｆｎｇ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｓｏｌｖｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｒｅ ａｌｓｏ ｓｅｔ．Ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒｍｕｌａ ｃａｎ ｂｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ，ｗｈｉｃｈ ｃａｌｌ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｇｏｏｄ ｇｕｉｄｅ ｆｏｒ ｆｕｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖａｒｉａｂｌｅ ＣＲＯＳＳ—ｓｅｃｔｉｏｎ ｒｏｄ；ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｃｒｉｔｉｃａｌ ｌｏａｄ；ｂｕｃｋｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ０引言 液压缸在工作过程中主要承受压力作用．在活塞杆 １理式分析 １．１形状系数法 ： 伸出时．整个油缸可以看作是细长杆，如果压力超出临 界压力．则极易发生屈曲变形导致重大事故发生，因此 掣￡ （Ｎ） （１） 失稳的计算应是设计过程中不可缺少的一步【１１。但是传 统的欧拉公式【２】计算方法仅仅适用于等截面细长杆． 而对于液压缸结构中复杂铸造结构、变截面结构，或 者复杂的圆角位置无法利用公式直接计算．尤其是在 式中 一形状系数。 可根据试算法和牛顿插值公式求出的节点绘制的 考虑油缸的整体结构的失稳校核时．变截面失稳所得 的微分方程不是常系数微分方程．数学求解十分困 难 工程中常见到的非等截面屈曲失稳计算方法纷繁 曲线图或卢曲线图查出，其中 ＝、／鲁，卢＝争； 式中Ｚ——液压缸的安装长度（ｍｍ）； 卜材料的弹性模量，钢Ｅ＝２０６ＧＰａ； ，，——活塞杆横截面的惯性矩（ｍｍ４）； ，１——缸体截面的惯性矩（ｍ ）； 复杂难以取舍。比如最小截面的形状系数法、变截面 参数加权法、能量法，还有现在十分流行的有限元分 析方法等等【３］ ｌｌ——活塞杆的伸出长度（ｍｍ）。 １．２能量计算法 本文取泵车变幅缸为分析对象．分别利用欧拉公 式、形状系数法、能量计算法和非等截面加权参数法进 行计算校核．并利用ＣＡＥ有限元的分析方法，通过对比 两端铰接液压缸的弯曲变形能为： ＝ Ｒ×１０ （Ｊ） （２） 分析得到最适合油缸失稳校核计算的理式［４１。 收稿日期：２０１３—０６—０３ 液压缸的势能为： 作者简介：刘帮才（１９７１一），男，江西永丰人，高级工程师，硕士，主要从事液 压方面的技术研究工作。 ７０ ＝ １ｃ｝＿ （Ｊ） （３） 液压气动与密封，２０１３年第０９期 镀层对活塞杆连续驱动摩擦焊焊接质量的影响 罗海霞，周阿芳，韦金钰，金帅强 （徐州徐工液压件有限公司，江苏徐州 ２２１００４） 摘要：为满足液压缸活塞杆强度和质量要求，引人了活塞杆连续驱动摩擦焊焊接工艺。该文通过设计合理的焊接接头形式和焊接工艺 流程，探讨了镀层对摩擦焊接头焊接质量的影响。通过小批量的生产验证、相关检测及装机试验，摩擦焊焊接接头满足了主机的使用和 可靠性要求。 关键词：连续驱动摩擦焊；镀层；金相组织；显微硬度 中图分类号：ＴＨＩ３７；ＴＧ１１３．２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８—０８１３（２０１３）０９—００７２—０３ Ｔｈｅ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｐｌａｔｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ Ｐｉｓｔｏｎ Ｒｏｄ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ——ｄｒｉｖｅ Ｆｒｉｃｔｉｏｎ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｑｕａｌｉｔｙ ＬＵＯ Ｈａｉ－ｘｉａ，ＺＨＯＵ Ａ－ｆａｎｇ，ＷＥ１ Ｊｉｎ－ｙｕ．ＪＩＮ Ｓｈｕａｉ－ｑｉｎｇ ａ（Ｘｕｚｈｏｕ ＸＣＭＧ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｘｕｚｈｏｕ ２２１００４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｐｉｓｔｏｎ ｒｏｄ ｉｎ ｃｙｌｉｎｄｅｒ，ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｄｒｉｖｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｔｈｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｌａｔｉｎｇ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ｊｏｉｎｔ ｔｈｒｏｕｇｈ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｗｅｌｄｉｎｇ ｊｏｉｎｔ ａｎｄ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ ｕｎｉｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌｍｅｎｔ ｔｅｓｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｊｏｉｎｔ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｓｔ ｍａｃｈｉｎｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ—ｄｒｉｖｅ ｆｉｃｔｒｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ；ｃｈｅｍｉｃａｌ ｐｌａｔｉｎｇ；ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｉｃｒｏ ｈａｒｄｎｅｓｓ ０引言 活塞杆作为一种运动频繁．技术要求高的液压关 键零部件．其加工质量的好坏直接影响其寿命和使用 摩擦焊作为一种高效焊接方法．具有焊接工艺适应性 好、机械化程度高、焊接质量稳定、焊接变形小、焊接精 度高以及低污染低能耗的特点 目前已广泛应用于航 性能。目前，其焊接方法多采用熔化极气体保护焊和埋 弧焊，具有效率低，耗能大且焊接质量欠佳的缺点。而 收稿日期：２０１３—０６—１４ 空、航天、石油、核电等行业【”。 摩擦焊接过程中，焊接的状态、直径、主轴转速、摩 擦压力、摩擦时间等影响焊接接头温度分布和焊后组 织等。这些材质参数和工艺参数与塑性变形层、深塑区 和接头性能质量有很大关系 而顶锻压力和顶锻时间 作者简介：罗海霞（１９７９一），女，陕西咸阳人，工程师，学士，主要从事液压元 件制造技术研究与管理工作。 对接头质量也有很大关系 因为顶锻过程可以挤出接 使用也为变截面问题的解决提供了很好的思路。 参 考 文 献 『１１兰朋，陆念力，刘曼兰．长细液压油缸的稳定性计算模型探讨 值偏大．而能量法综合考虑了截面的实际情况能较准 确地反应截面实际的受力情况。同时变截面参数法是 将各个截面段看作线性变化的过程．未考虑变形过程 中的塑性过程，因此较实际结果往往数值偏大。 【Ｊ】．建筑机械，２００４，（６）． ［２】刘鸿文．材料力学［Ｍ］．北京：高等教育出版社，２００９． ［３】何晶昌．压杆弹塑性失稳的ＡＮＳＹＳ￣ＪＯｒ［Ｊ］．黑龙江科技信息， ２００７，（２２）． ３结论 通过理式计算结果和有限元计算结果分析对 比发现．当选用能量计算法时。仿真结果和理论计算的 结果相对误差为２８％，相对误差最小，故本文推荐在变 截面失稳校核中选用能量计算法进行校核．能很好地 符合工程计算需要。本文所得到的结论对于今后油缸 的设计和校核有很好的指导意义．同时有限元思想的 ７２ ［４】武秀根，郑百林，贺鹏飞．失稳杆的后屈曲分析［Ｊ］．同济大 学学报，２００９，３７（１）． ［５】 申向东，赵占彪．变截面弹性失稳的加权参数解［Ｊ］．内蒙古农 牧学院学报，１９９８，１７（３）：８５—８８． ［６】刘丹．液压阀块设计与应力分析［Ｊ］．液压气动与密封，２０１３，（１）： ２４－２５．
