赵婵

摘  要：液压缸在结构强度试验实施过程中广泛应用，针对液压缸标定过程中使用的加载框架的设计问题，提出了一种新型框架设计方案，充分考虑液压缸标定的风险，对框架的接头采用计算机辅助设计以节约成本，同时通过仿真分析对框架进行了强度校核，仿真结果表明，该框架适用于高载液压缸标定，加载安全可靠。

关键词：液压缸;标定框架;仿真分析;保护设计

中图分类号：TH137.51 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）24-0088-02

Abstract： Hydraulic cylinder is widely used in the process of structural strength test. Aiming at the design of loading frame used in calibration of hydraulic cylinder， a new frame design is proposed， which fully considers the risk of hydraulic cylinder calibration， and in which computer aided design is used for the joint of frame in order to save cost. At the same time， the strength of the frame is checked by simulation analysis. The simulation results show that the frame is suitable for calibration of high load hydraulic cylinder， with a safe and reliable loading property.

Keywords： hydraulic cylinder; calibration frame; simulation analysis; protection design

1 概述

隨着结构强度试验的周期越来越紧张，液压缸作为主要加载设备在试验中重复使用的频率逐渐升高，在试验规划初期，需要对现有设备进行检测，以满足试验需求，尤其针对老旧设备，其存在的弊端很大，如何在试验初期规划过程中排除故障设备，试验设备具备良好的性能，降低试验过程中的设备故障率，保障试验周期，降低试验风险，都具有重要的价值，所以液压缸检测框架的价值显而易见，在新型液压缸检测框架的研发过程中，研究了利用有限元分析法对重要接头构建有限元模型的分布形式[1]，对重要部件进行有限元分析是接头设计的主要方法[2]，该研究结果可为结构强度试验液压缸测试框架的接头夹具的校核和减重提供参考[3]。通过有限元仿真分析，证明了较原方案接头方案安全余度较大[4]，在精确建模的基础上，提出了具备夹具接头最佳分析方案的建模和有限元分析方法[5]。本文选取了试验使用规模较大的某吨位液压缸夹具接头，针对其设计提出了计算机辅助设计方案，建立了细节有限元模型，提取了拉伸和压缩载荷以及边界条件，并对接头实现稳定性及强度校核，使分析结果更具有针对性与实际意义，更符合工程需求。

2 接头结构设计

2.1 接头夹具简介

液压缸测试框架主要由边框，加载支持夹具和传感器安装耳片组成，边框要具备一定的承载能力，以2吨检测框架为例，其安全系数在数倍以上，以避免出现意外，传感器连接耳片也是具备一定的安全系数设计，加载支持夹具也就是框架与液压缸连接的接头部分，其主要设计需要考虑两种不同吨位液压缸的支座尺寸，所以设计过程中需要考虑两套夹具的匹配设计，这就为设计过程带来了不确定性。（见图1）

2.2 接头夹具设计

接头夹具主要在不同吨位液压缸之间起到更换夹具便于安装的作用，如图2所示，某吨位液压缸接头夹具，其主要由两个连接块和中间的支撑结构组成，主要材料为铝合金结构，其中支撑结构考虑了结构重量控制，设计时采用的回型铝合金截面，可以保证支撑同时减小重量，两个连接块上采用直径为15mm的螺栓进行连接。一端安装在框架的支撑端，另一端安装在液压缸底座。

3 结构校核

3.1 接头建模

对接头夹具进行有限元建模仿真分析，如图3所示，模型以壳元为主，整个模型包含结点19495个，单元19054个，相对于该接头整体尺寸，已经达到精细化建模。

3.2 仿真分析

对结构施加工作载荷边界，主要包括拉载和压载，由于液压缸的压腔没有活塞杆，其压力最大值大约是拉载的3倍，所以本文主要对压向载荷进行研究，在分析过程中对有限元模型施加压向极限载荷，载荷施加如图4所示，在液压缸连接端采用MPC刚性元与加载点进行连接，以模拟框架对接头的传力。

应力云图如图5所示，最大应力536MPa，各结构应力水平满足材料许用值。

为了进一步评估夹具接头的稳定性，对接头进行了屈曲分析，如图6所示。对于回截面初始屈曲载荷达到了83kN，完全满足该吨位液压缸的测试要求，可以看出仍满足要求。综上可以看出，该接头设计结构强度满足设计要求。

4 结束语

针对结构强度试验测试框架的接头设计问题，在综合设计同时采用有限元分析方法进行了强度校核，仿真过程中对框架整体的强度裕度和保护设计进行了评估，并在此基础上提出了接头设计的具体方案，改善了测试框架存在的安全风险，进一步对框架进行轻量化设计，方便转场和换装，一定程度上提高了测试效率，在试验准备阶段节省一定试验周期，对传统标定框架的改进具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]匙皓，杨林，唐晓晓.装配体有限元分析方法研究[J].机械研究与应用，2017，30（2）：78-79，82.

[2]周玮.中高压法兰蝶阀阀体结构强度的有限元分析[J].机械设计与制造，2010（7）：218-220.

[3]杨洪刚，杨海军.铝合金填充式搅拌摩擦点焊接头力学性能仿真分析[J].焊接技术，2015，44（12）：13-15.

[4]黄海峰，万小朋，赵美英.基于接触耦合算法的捆绑火箭接头仿真分析[J].机械设计与制造，2011（1）：242-244.

[5]何融，许晋，张玉东.齿轮加载轴有限元分析方法及其应用研究[J].机械传动，2018，42（3）：72-75.