D0I:10.13374/i.issn1001-053x.1997.s1.011 第19卷增刊 北京科技大学学报 Vol.19 1997年2月 Joumal of University of Science and Technology Beijing Feb.1997 液压压下缸应力场的弹塑理论分析及结构优化 冯爱兰 刘建平 北京科技大学机械工程学院，北京100083 摘要提出了液压压下缸的力学模型.应用弹塑性理论进行应力分析，用复合形法对液压缸进行 结构优化，并提出应用实例， 关键词液压缸，力学模型，应力分析，结构优化 装备液压厚度自动控制是衡量板带轧机现代化程度的一个重要指标，同时也是许多 中小钢铁企业为提高产品质量而追求的目标.液压压下系统具有高响应和高位置精度的控 制，液压压下缸是这一系统中的重要执行元件，其性能好坏直接影响整个系统工作的可靠 性和经济性，对其强度进行切合实际的分析是一个重要的课题 液压压下缸采用缸底与缸筒连体结构，当受内压作 用时，最大应力发生在缸底与缸筒内壁的交界处，见 图1.文献[)的计算公式为： gm=3pr14r≤[o] (1) t=0.433A(p/[oD2 (2) 根据经验公式取： t=(1.4~1.5)h (3) 按上述公式计算的液压缸结构参数偏大，并没有反应 出液压缸的实际应力水平.在旧轧机上安装液压压下 装置时，因为轧机牌坊的窗口尺寸已经确定，使液压 图1平面形缸底 压下缸的外形尺寸受到限制.为了更准确地反映出液压压下缸的应力水平，本文提出了一 种新的力学模型的分析方法，将支承情况、工作油压高度等影响因素考虑在内，提出了更 为准确计算液压缸危险点处应力的计算公式， 1液压压下缸力学模型 以圆盘支承的液压缸为例，分析其受力情况，液压缸由于缸底与缸壁均承受弯曲，因此 受力情况远比一般受内压的厚壁筒复杂得多，但由于缸体几何形状及外加载荷均为轴对称 情况，因此可取出一个子午面来进行分析，受力简图如图2， 该力学模型说明：(1)压下液压缸结构参数分别为A,H,L,L,T(内半径、缸壁 厚、高度、工作油压高度、缸底厚方(2)液压缸支承半径C,支承载荷在子午面内呈三角 形分布，q)=3pA2,2C);(3)将液压缸沿A一A截面切开，截面处分别作用有内力 1996-03-20收稿第一作者女32岁顾士第 珍 卷 增刊 北 京 科 技 大 学 学 报 哭刀 年 月 碗爪目 滋吧 健 欣妇耽 回 恤咖曰 压幼呢 珍 侧饭 望刀 液压压下缸应力场的弹塑理论分析及结构优化 冯 爱兰 刘建平 北京科技大学 机械 工 程学 院 ， 北 京 刀犯 摘要 提 出了液压压下缸 的力学模型 应用 弹塑性理论进行 应 力分析 ， 用 复 合形 法 对液压缸进行 结构优化 ， 并提 出应用 实例 关健词 液压缸 ， 力学模型 ， 应力分析 ， 结构优化 装备液压厚度 自动控 制是 衡量 板带 轧 机 现 代 化 程 度 的 一 个 重 要 指 标 ， 同 时也 是 许 多 中小 钢铁企 业 为提 高产 品质量 而 追求 的 目标 液 压 压下 系 统具有 高 响应 和 高 位 置 精 度 的控 制 ， 液压压下缸 是这一 系 统 中的重要 执行元件 ， 其性 能好 坏直接影 响整 个 系统工作 的可靠 性 和经济性 ， 对其强 度进行切合实 际 的分析是 一个重要 的课题 液压压下缸 采 用缸 底 与缸 筒 连体结 构 ， 当受 内压 作 用 时 ， 最大应力 发 生 在 缸 底 与缸 筒 内壁 的交 界 处 ， 见 一 于 〕 图 文献 的计算公 式 为 。 尸 护 簇 卜』 ‘尽 根 据 经 验 公 式 取 一 按上述公 式计算 的 液 压 缸 结 构 参 数 偏 大 ， 并 没 有 反 应 出液压缸 的实 际应 力水 平 在 旧 轧机上安 装液压压下 装置 时 ， 因 为轧机牌坊 的窗 口 尺寸 已 经确定 ， 使液压 卜 图 平面形缸底 压下缸 的外形 尺寸受到 限制 为 了更 准确地 反 映 出 液 压 压 下 缸 的应力水平 ， 本文提 出了一 种新 的力学模 型 的分 析方 法 ， 将支承情况 、 工作油 压 高度 等影 响 因 素考虑在 内 ， 提 出 了更 为准确计算液压缸 危险点处应力 的计算公式 液压压下 缸力学模型 以 圆盘支承 的液压缸 为例 ， 分 析其受力情况 液压缸 由于缸底 与缸 壁均 承受弯曲 ， 因此 受力情况远 比一般受 内压 的厚壁筒 复杂得 多 但 由于 缸 体几何形 状及 外加载荷均 为轴 对称 情况 ， 因此 可取 出一个子午 面来进行分析 ， 受 力 简 图如 图 该 力学 模 型 说 明 压 下 液 压 缸 结 构 参 数 分 别 为 ， ， ， 粼 ， 内半 径 、 缸 壁 厚 、 高度 、 工作油压高度 、 缸 底 厚 液压缸 支承半径 ， 支承 载荷在 子 午 面 内呈 三 角 形分布 ， 二 矛 将液 压缸 沿 一 截 面 切 开 ， 截 面 处 分 别 作 用 有 内 力 哭巧一 一 为 收稿 第一作者 女 岁 硕 士 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1997．s1．011