推耙機推耙油缸活塞桿彎曲分析

（山推工程機械股份有限公司，山東 濟寧 272000）

推耙機是一種港口清倉、平整作業專用設備，按推耙鏟安裝位置不同可分為內置式和外置式推耙機，大馬力推耙機普遍采用外置式推耙鏟。推耙機工作條件十分惡劣，尤其是推耙鏟、后防護架經常承受沖擊，受力狀態復雜，應力值較大。2016 年5 月，山推2 臺STR13 推耙機推耙油缸在廣州市相繼出現活塞桿彎曲情況，經對推耙油缸的結構進行了受力分析，得出活塞桿的應力及變形分布狀況，改進推耙油缸活塞桿設計結構。

1 推耙機活塞桿彎曲的現狀調查

廣州市客戶在使用山推STR13 推耙機過程中，出現左側推耙油缸活塞桿彎曲現象，不能正常工作，活塞桿彎曲位置如圖1 所示。圖中油缸的缸體正常，未發生彎曲變形，活塞桿出現向上的彎曲，該現象是由推耙機后退，鏟刀受力對油缸進行壓縮導致。

對推耙油缸進行拆解，觀察活塞桿彎曲情況，彎曲最大變形位置（圖2）靠近缸筒一側，活塞桿表面光滑，沒有磕碰的痕跡，推耙油缸活塞桿主要是彎曲變形，變形后未發生斷裂，說明沒有受到向上的外力作用。

圖2 活塞桿彎曲照片

2 推耙油缸結構及穩定性分析

2.1 推耙油缸結構

推耙鏟是整機的重要受力部件，推耙油缸安裝結構如圖3 所示，鏟架與鏟刀通過銷子連接在一起，推耙油缸的缸體連接鏟架，活塞桿連接鏟刀。圖中構件4 即為左側推耙油缸，推耙油缸的伸縮可以改變鏟刀的推耙角度。

該推耙油缸是普通的直線往復運動式液壓缸，由缸筒、缸蓋、活塞、活塞桿及密封元件組成，推耙鏟工作時，推耙油缸將受到拉應力或壓應力，以及很小的彎矩作用，其內部結構如圖4所示，其中活塞比較細長，是推耙油缸的最薄弱部分，其結構強度時推耙油缸的關鍵所在。

圖3 推耙油缸安裝結構

圖4 推耙油缸內部結構

2.2 推耙油缸彎曲穩定性分析

推耙機在水平地面作業，鏟刀于固定位置耙料，推耙鏟在水平內無偏轉，其中部突然頂到障礙物時，對油缸活塞桿進行受力分析。圖5 為推耙油缸活塞桿伸出示意圖，活塞桿直徑d=50mm，缸體內徑D=120mm，支承長度L=1300mm ＞（10～15)d=500～750mm，因此需驗算活塞桿彎曲穩定性，其假設活塞桿受力F1完全作用在軸線上，進行驗算

圖5 推耙油缸活塞桿伸出示意圖

實際彈性模數

活塞桿橫截面慣性矩

式中Fk——活塞桿縱向彎曲破壞臨界載荷，N；

E——活塞桿材料的彈性模量，鋼材取E=2.1×105MPa；

n——末端條件系數，兩端鉸接，故取n=1；

nk——安全系數，一般取2～4；

a——材料組織缺陷系數，鋼材一般取a=1/12；

b——活塞桿截面不均勻系數，一般取b=1/13；

I——活塞桿截面慣性矩，m2，實心活塞桿取I=πd4/64；

將d=0.050m，L=1.3m 代入式（2)可得活塞桿縱向彎曲破壞臨界力

當推耙油缸安全閥卸載時，活塞桿承受的力最大，而此時活塞腔內壓力為安全閥的調定壓力，21MPa，活塞桿承受的最大壓力

式中p——推耙油缸內的壓力，N/m2；

A——推耙油缸的活塞面積，m2；

D——缸體內徑，m。

由式（1)可得推耙油缸的安全系數nk=Fk/F1≈1.59。

3 改進措施

經過推耙油缸結構及穩定性分析可得推耙油缸的安全系數偏低，即推耙油缸的彎曲穩定性不夠，再計算推耙油缸卸載時活塞桿和密封圈及缸體和密封圈摩擦力的作用，活塞桿受到附加徑向力或彎矩時則容易彎曲，因此需要推耙油缸改進。

通過式（1)與式（2)可得，要想增加推耙油缸彎曲穩定性，必須增大推耙油缸活塞桿截面慣性矩，改進后活塞桿彎曲穩定性的安全系數nk必須大于2。經過計算，當活塞桿長度不變時，活塞桿直徑應取55mm以上，安全系數即可滿足要求。

4 結語

推耙鏟是推耙機的重要工作部件，推耙油缸出現問題將導致推耙機不能工作，因此設計推耙機時應當對推耙鏟的部件進行仔細的校驗核對，防止出現設計問題。

本文通過對市場上出現的質量問題進行調研，并對推耙油缸結構及穩定性進行分析，找出了活塞桿彎曲原因，是由于活塞桿的直徑設計偏小，不能滿足推耙油缸結構的穩定性。最后根據分析結果對推耙油缸進行了改善，把改善后的推耙油缸進行裝機，取得了預期的效果。