船闸人字门液压启闭油缸稳定性设计计算.pdfVIP

船闸八字门液压启闭油缸 稳定性设计计算 陶亦寿 魏文炜 (长江科学院) (长江水利委员会设计院) 摘 要 船闸人字门液压启闭油缸一般为水平布置的大型细长油缸，其挠度与稳定·挂计算是实际工 程需要解决的问题，本文以油缸的阶梯形压弯杆模型为基础，通过建立和求解挠曲方程，获得其 挠度及临界压力的解析计算方法，经计算与试验实例验证表明，该算法具有较高的计算精度。文 中分析了油缸挠度对稳定性的不利影响，提出在初始挠度较大的情况下应引入“极限压力”概念 作为油缸稳定性的衡量标准。文中还讨论了通过减小初始挠度来提高油缸稳定性的措施，建议 在设计中按照“挠度最小化”原则进行结构和参数优化，以提高油缸的工作可靠性。 关键词液压缸挠度稳定性 一、前 言 在水利工程中，液压油缸广泛应用于各种闸门、阀门的启闭机构，其中应用于船闸人字 门的液压启闭油缸一般为水平布置的大型细长油缸，这类油缸的长细比较大，纵压稳定性较 差．加上水平布置状态下受自重和轴向压力的联合作用，会产生较大的挠曲变形，从而会进 一步削弱其稳定性，这一问题已日益受到人们的关注。例如，三峡永久船闸人字门启闭机油 缸，最大长度约18m，是一个超大型细长油缸，其工作可靠性直接关系着船闸的安全运行， 它的整体稳定性问题是设计所关心的关键技术问题之一。 目前，油缺稳定性一般都用其临界压力来衡量，临界压力的计算多采用简化的等截面压杆欧拉公 式或某些经验公式来完成，前者计算精度较差，后者则因参数取值受限而无法适应某些油缸，尤其是大 型油缸的计算要求。此外，上述传统算法还不能解决油缸的挠度计算，而这一点正是卧式细长油缸稳 定性设计中必须考虑的一项关键内容。为满足三峡船闸人字门启闭油缸及其它大型液压油缸设计计 算的需要，本文将以较为细致的油缸阶梯杆力学模型为基础，通过建立和求解挠曲微分方程，获得油缸 挠度与临界压力的解析计算方法，并结合模型试验成果，验证和讨论该计算方法的精度及应用情况。 在此基础上，进一步分析油缸挠度对其稳定性的影响，提出相应的设计原则，供工程设计参考。 二、油缸挠度及临界压力计算 1．力学模型 油缸是一个组合结构，整体受力状态类似于压杆，且处于最大伸长状态时稳定性最差，故本文按照 299 油缸的最大外伸尺寸，将其处理为由 缸筒和活塞杆两部分连接组成，受重 力和轴向压力共同作用的阶梯杆，其 布置形式、受力及变形示意图如图】 所示。在这一力学模型中，轴向压力 作用于油缸的2个铰点处。虽然实际 油缸的缸筒段并不直接受轴向力作 用，但由于缸筒部分的纵向刚度一般 远大于活塞杆的纵向刚度，因此即使 在缸筒段额外考虑了轴向力的作用， 对油缸整体稳定性计算的影响也不