關于內脹式液壓缸鎖緊力不合格的工藝技術研究

周紅梅 馬雷鵬 馬紅帥 蘇夢穎 孫曉坤 陳 強 于 杰

關于內脹式液壓缸鎖緊力不合格的工藝技術研究

周紅梅 馬雷鵬 馬紅帥 蘇夢穎 孫曉坤 陳 強 于 杰

（山西航天清華裝備有限責任公司，長治 046004）

內脹式液壓缸性能試驗存在鎖緊力不合格的問題，通過改進鎖緊套與缸筒選配方法，以及對鎖緊套與缸筒間力學分析計算出過盈量，試驗找出過盈量與缸筒圓柱度間的優化組合，確定最佳過盈量。優化后油缸試驗的合格率提高約30%，效果明顯。

內脹鎖緊液壓缸；鎖緊力；最佳過盈量；鎖緊套

1 引言

內脹式液壓油缸性能試驗存在鎖緊力和開鎖壓力測試不合格的問題[1，2]，包括油缸承載力即鎖緊力不夠，出現“軟腿”現象；在額定工作壓力下，液壓缸開不了鎖，必須提高工作壓力才能開鎖，給液壓系統造成負擔。表1為記錄的液壓油缸試驗情況，兩批次油缸合格率低。

表1 液壓油缸試驗情況記錄表

2 控制措施

2.1 改進鎖緊套選配方法

油缸裝配時，缸筒內徑公差不一，由于缸筒的公差范圍比鎖緊套大，必須進行鎖緊套與缸筒的選配，使鎖緊套與缸筒裝配后，通過油缸性能試驗判斷試驗結果是否合格，驗證鎖緊套選配是否合格[3]。

鎖緊套與缸筒選配時，依據圖紙給定的過盈量的最大值考慮，通過圖紙的最大過盈量計算鎖緊套外圓尺寸，即以最大過盈量逐級（以0.005～0.01mm為一梯度）遞減選配鎖緊套，然后配磨，若不合適可放小過盈量，減少廢品的產生。先以最大過盈量配磨出一件鎖緊套，然后與對應的缸筒裝配試驗，測鎖緊力與開鎖壓力，驗證試驗結果是否符合設計要求，如果鎖緊力低，則選擇較大過盈量的缸筒重新選配和試驗；若鎖緊力符合要求，開鎖力偏高，重新選配或修磨鎖緊套，如果最后測試結構仍不符合要求，只有報廢鎖緊套，重新加工選配。流程圖如圖1所示。

圖1 經驗法選配具體操作過程

按圖1經驗法對液壓油缸進行性能試驗，試驗結果如表2所示。

表2 9件油缸性能試驗測試結果統計表

由表2可以看出，僅從圖紙給定過盈量選配鎖緊套，油缸合格率僅40%，不能滿足生產需要。選配鎖緊套時，按照圖紙給定的過盈量范圍進行鎖緊套與缸筒的選配，而實際試驗中顯示試驗結果不合格，因此需復核圖紙過盈量。

2.2 理論計算

圖2 鎖緊套與缸筒過盈配合示意圖

由材料力學第三強度理論的塑性條件及虎克定律的彈性變形條件可知[4]，過盈配合的組合厚壁筒間的接觸面上產生相互壓緊的裝配壓力（開鎖力），形成緊固的靜配合，見圖2。

裝配壓力（開鎖力）的公式為：

式中：——開鎖壓力，理論值：20～22MPa；——過盈量（半徑方向）；——內筒內徑，118+0.054 0mm；——內筒外徑，外筒內徑200+0.072 0mm；——外筒外徑，216+0.1 0mm；E——內筒材料的彈性模量，理論190GPa；E——外筒材料的彈性模量，理論196～206GPa，內鎖緊套取201GPa；μ——內筒材料的泊松比，理論0.3；μ——外筒材料的泊松比，理論0.3。

經計算，在22MPa開鎖壓力情況下，過盈量應為0.245～0.265mm。

2.3 試驗驗證

表3 試驗方案 mm

為驗證計算所得過盈量是否正確，決定通過試驗，找出過盈量與缸筒圓柱度間的優化組合，確定最佳過盈量值。試驗結果需滿足條件鎖緊力≥16.7MPa，開鎖力≤22MPa。試驗方案見表3所示，試驗結果見表4。根據試驗得出最佳試驗過盈量統計表見表5。

表4 試驗結果

表5 最佳試驗過盈量統計表 mm

分析以上各表得出，按圖紙給定過盈量范圍選配的鎖緊套進行裝配試驗不滿足使用條件。根據試驗結果重新更改圖紙過盈量范圍，并進行性能試驗，試驗結果見表6。

表6 利用最佳試驗過盈量法裝配油缸性能分析表

通過計算圖紙過盈量值及試驗確定最佳過盈量，根據實際選配數據及經驗，將試驗得出的最佳過盈量固化在液壓油缸鎖緊套選配工藝中，改進后的選配工藝流程如圖3所示。

圖3 改進后的選配工藝流程

3 結束語

通過理論計算出鎖緊套與缸筒間過盈量值，經過試驗確定最佳過盈量，最后制定了油缸鎖緊套選配方法，極大地提高了油缸的合格率。

1 孫利生. 一種帶輔助支撐的大載荷內脹式機械鎖緊液壓缸[J]. 液壓與氣動，2004(8)：61～62

2 倪江生，翟羽健，陳正威. 新型機械鎖緊式液壓缸的設計[J]. 機械科學與技術，1994(4)：13～16

3 許定奇，孫榮文. 過盈聯接的設計、計算與裝拆[M]. 北京：中國計量出版社，1992

4 騰瑞靜，張余斌，周曉軍，等. 圓柱面過盈連接的力學特性及設計方法[J]. 機械工程學報，2012(13)：160～166

Technological Research on Unqualified Locking Force of Innernal Expanding Hydraulic Cylinder

Zhou HongmeiMa Leipeng Ma Hongshuai Su Mengying Sun Xiaokun Chen Qiang Yu Jie

(Shanxi Aerospace Qinghua Equipment Co., Ltd., Changzhi 046004)

The locking force is unqualified in the performance test of internal expansion hydraulic cylinder. In the paper, the selection method of locking sleeve and cylinder barrel is improved. Through the mechanical analysis of the locking sleeve and the cylinder, the interference is calculated. The optimal combination of interference and roundness is found out. After the optimization, the qualified rate of oil cylinder test is increased by about 30%, and the effect is obvious.

internal expanding hydraulic cylinder；locking force；optimal combination of interference；locking sleeve

周紅梅（1986），碩士，機械設計專業；研究方向：液壓油缸設計及制造。

2020-03-25