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ATOS阿托斯?jié)q緊油缸的失效分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)
某20噸履帶式挖掘機(jī)導(dǎo)入市場(chǎng)后，發(fā)生了多起漲緊油缸漏油的不良，直接影響了客戶的使用，市場(chǎng)影響很大。在對(duì)失效漲緊裝置上的油缸外徑漲缸后的尺寸進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)缸筒基體硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、收縮率等發(fā)現(xiàn)：油缸材質(zhì)屈服強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度是造成油缸漲缸的原因。

ATOS阿托斯?jié)q緊油缸的失效分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)
漲緊油缸同時(shí)根據(jù)受力分析計(jì)算得出：可通過增強(qiáng)油缸壁的屈服強(qiáng)度或者增加油缸壁厚，來(lái)提升油缸的性能。 首先通過對(duì)失效漲緊裝置上的油缸外徑漲缸后的尺寸進(jìn)行測(cè)量，檢驗(yàn)缸筒基體硬度、抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、收縮率等發(fā)現(xiàn)：油缸材質(zhì)屈服強(qiáng)度低于設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度是造成油缸漲缸的原因。對(duì)現(xiàn)有的熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行了分析，水溫、噴水壓力、淬火介質(zhì)冷卻性能以及加熱溫度和時(shí)間是合理的，通過改變工件冷卻入水姿勢(shì)，可以提高缸筒的屈服強(qiáng)度，其中單支入水時(shí)屈服強(qiáng)度zui高，達(dá)到686Mpa。 其次選用新材料STKM780進(jìn)行試制，但是其焊接熱影響區(qū)比較大，使用過程中過大的焊接熱影響區(qū)帶來(lái)的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)較大，另由于受其內(nèi)徑尺寸的制約其焊接時(shí)的工藝性不好無(wú)法保證焊縫底部焊接質(zhì)量。因此不能使用STKM780進(jìn)行漲緊油缸缸筒的試制。 然后進(jìn)行了單體油缸受力分析，油缸壁厚越小，受到的zui大應(yīng)力越人。本文通過計(jì)算和試驗(yàn)證明，設(shè)計(jì)漲緊時(shí)，在整機(jī)參數(shù)、漲緊總成參數(shù)不變的情況下，可通過增強(qiáng)油缸壁的屈服強(qiáng)度或者改變油缸壁厚，來(lái)優(yōu)化油缸的性能。通過增加壁厚，內(nèi)徑不變，外徑由100mm增加至107.1mm,材料不變，zui終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。zui后通過AYSYS進(jìn)行了有限元模擬分析和試驗(yàn)驗(yàn)證：油缸改進(jìn)后，缸體受到的zui大應(yīng)力為143MPa,小于材料許用應(yīng)力，滿足設(shè)計(jì)要求，滿足使用要求，正常工況下不會(huì)發(fā)生屈服失效。
該套定心彈性漲夾具，是專為DW型外注式單體漲緊支柱油缸車削加工開發(fā)設(shè)計(jì)的，共兩件，分別裝于車床主軸和尾座錐孔之內(nèi)。加工時(shí)，先將油缸裝入主軸端定心彈性漲夾具上，然后將尾座端定心彈性漲夾具推入油缸內(nèi)，再分別擰緊兩端定心彈性漲夾具上的夾緊圓螺母，推動(dòng)彈性漲套漲緊油缸，使油缸兩端的車削加工在一次裝夾中就可以完成。同時(shí)，油缸內(nèi)徑為珩磨表面，用該表面做裝夾基準(zhǔn)面，精度較高，使油缸車削加工時(shí)的定位基準(zhǔn)與油缸零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，消除了因裝夾而產(chǎn)生的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換誤差，提高了油缸車削加工時(shí)的裝夾精度，從而有效地保證了油缸車削加工的尺寸精度和形位公差的要求。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：首先對(duì)現(xiàn)有的漲緊式標(biāo)準(zhǔn)力源的基本原理及其誤差因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析：漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)以大、小油缸構(gòu)成的連通器為主體，根據(jù)帕斯卡原理工作，它基于力的動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，將已知質(zhì)量砝碼的重力經(jīng)漲緊放大來(lái)復(fù)現(xiàn)基準(zhǔn)力值。影響其提高技術(shù)性能的關(guān)鍵難題是缸塞系統(tǒng)的摩擦和環(huán)形間隙泄漏。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)為了減小柱塞之間的摩擦力，人們總是在圍繞如何減小兩個(gè)運(yùn)動(dòng)件的滑動(dòng)接觸摩擦而做工作的。接著針對(duì)目前這種情況，本文*創(chuàng)新性的提出了用滾動(dòng)摩擦代替滑動(dòng)摩擦的思想，即設(shè)計(jì)出一種滾動(dòng)摩擦油缸的結(jié)構(gòu)，用以替代原來(lái)的滑動(dòng)摩擦油缸。其次本文對(duì)滾動(dòng)摩擦油缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以發(fā)明的滾動(dòng)摩擦柱塞式漲緊缸為核心，運(yùn)用兩個(gè)滾動(dòng)摩擦柱塞式漲緊缸形成一連通器，構(gòu)成漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的主體。同時(shí)本文還設(shè)計(jì)了漲緊控制系統(tǒng)。它由兩個(gè)差動(dòng)連接的柱塞式漲緊缸構(gòu)成補(bǔ)油漲緊泵，配以伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)、漲緊回路組成。此外本系統(tǒng)采用了超高壓無(wú)摩擦密封技術(shù)和無(wú)脈動(dòng)柱塞油缸自動(dòng)穩(wěn)壓技術(shù)，對(duì)提高漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的力值測(cè)量精度有很大的幫助。

ATOS阿托斯?jié)q緊油缸的失效分析和改進(jìn)設(shè)計(jì)
再次本文論述了滾動(dòng)摩擦油缸漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)的不確定度分析的相關(guān)原理，推導(dǎo)出滾動(dòng)摩擦油缸漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)力值和各個(gè)影響量之間的不確定度關(guān)系。zui終通過靜力學(xué)分析表明運(yùn)用滾動(dòng)摩擦油缸有可能制作誤差在0.01%級(jí)的機(jī)器。通過對(duì)漲緊油缸的流體結(jié)構(gòu)耦合分析可以看出采用新結(jié)構(gòu)的滾動(dòng)摩擦漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)在防止泄露上有很好的效果。將本文所設(shè)計(jì)的機(jī)械裝置和漲緊控制系統(tǒng)配以機(jī)電控制系統(tǒng)就可組成完整的滾動(dòng)摩擦油缸漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)。 總之，滾動(dòng)摩擦油缸漲緊式力標(biāo)準(zhǔn)機(jī)是一種新型的標(biāo)準(zhǔn)力源裝置。它簡(jiǎn)化了油缸的結(jié)構(gòu)，大幅度降低了摩擦力和造價(jià)，工作效率高，無(wú)需高壓漲緊泵，也沒有壓力和流量脈動(dòng)現(xiàn)象。*滿足國(guó)家工業(yè)生產(chǎn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)力源裝置的需求，對(duì)我國(guó)計(jì)量工作的發(fā)展有重要的意義。