50吨液压千斤顶测试台设计

2014-03-27管建峰高远胡生雯王培林

中国新技术新产品 2014年18期

关键词：支撑杆活塞杆液压缸

管建峰高远胡生雯王培林

（1．常熟理工学院，江苏常熟 215500；2．闽西职业技术学院,福建龙岩 364021）

50吨液压千斤顶测试台设计

管建峰1高远1胡生雯1王培林2

（1．常熟理工学院，江苏常熟 215500；2．闽西职业技术学院,福建龙岩 364021）

从立式油压千斤顶国家标准测试要求入手，本文主要根据要求进行了总体结构的设计，并进行相关的液压系统方案的确认。同时设计了配套的PLC电气控制系统，分析优化了相应的机械结构，对测试机构的送进辅助系统进行了相关设计，满足了开发非标产品的使用要求。

结构分析优化；PLC控制；测试台

引言

此测试台的设计受常熟某公司委托，设计50吨液压千斤顶非标测试台，其主要要求为：

（1）在定底下油缸施加50吨压力，保持不变，加压千斤顶，接触后，压力保持10min，测试加压过程中位移与压力的曲线参数，10min内活塞杆下降量均不得超过0.5mm，否则所测千斤顶为不合格产品。

（2）保持千斤顶压力不变，加压底下油缸，测试千斤顶的承载能力，检测是否符合国家标准。

（3）实验完毕后，要求快速退回，接触时，速度可以调节。

设计小组进过研究：由液压系统提供整个测试台的测试动力，PLC控制液压系统，并对相关关键结构件用ANSYS软件进行分析和优化。

一、国家标准规定50吨液压千斤顶部分测试要求

1 千斤顶在1.25Gn（Gn为额定起重重量）的试验载荷作用下，第1min内活塞杆的垂直下降量不应大于0.7mm，

10min内活塞杆的垂直下降量不应大于1mm。

图1 千斤顶测试台结构图

图2 支撑板外形初步选择图

2 千斤顶应能承受3次1Gn的额定载荷试验，活塞杆和泵芯的可见密封配合表面不应有影响性能的明显擦伤，固定密封处不应漏油，运动密封处只允许有油膜存在，调整螺杆应保持旋动灵活，限位可靠，整机性能不应失效。

3 千斤顶应能承受1次1.15Gn的动载荷试验，活塞杆和泵芯的可见密封配合表面不应有影响性能的明显擦伤，固定密封处不应漏油，运动密封处只允许有油膜存在，调整螺杆应保持旋动灵活，限位可靠，整机性能不应失效。

4 千斤顶在1Gn的试验载荷作用下，全行程连续工作次数不应少于30次。试验后整机性能不应失效，仍能正常工作。

二、测试台主体结构

测试台主结构，其结构外形尺寸为1463mm×600mm×1114mm，其结构图如图1所示。

从结构上看，测试台主要为支撑板、支撑杆和加载液压缸等。而支撑杆和支撑板承受加载液压缸的加载力，其为最薄弱的环节。

三、主体关键结构计算及分析优化

根据公司提供的设计数据为：加载液压缸的公称压力为25MPa；活塞杆的工作行程为125mm；液压缸额度工作压力为50t。

1 支撑杆最小直径计算

参考成大先主编的《机械设计手册（单行本）》第三篇常用工程材料中的表3-1-37和表3-1-50，支撑杆材料选用45钢，且知45钢的屈服极限σs=360MPa。液压缸与支撑板之间采用四根支撑杆，其下端与底座固定，上端用螺母联接，则每根支撑杆最大所受的力为：

查成大先主编的《机械设计手册（单行本）》第五篇轴及其联接，表5-1-1选用45钢，则其屈服极限σs=360MPa，则其许用应力为：

（其中安全系数取S=1.5）则支撑杆的最小截面积Amin为：

则支撑杆最小直径dmin为：

根据国家尺寸标准GB2822—81，选择优先数系为R20下的尺寸，则各段轴直径为：

d1=φ36mm，d2=φ40mm，d3= φ36mm。

根据支撑杆d1=φ36mm与底座相连接确定的长度为：l1=74mm；根据50吨千斤顶外形尺寸确定支撑杆d2=φ40mm的长度为：l2=510mm；根据支撑板的厚度和支撑杆被固定在支撑板上确定

d3=φ36mm的长度为： l3=60mm。

图3 支撑杆及支撑板位移变形量分析结果

图4 支撑板及M42×60螺栓Stress云图分析结果

图5 液压系统原理图

图6 PLC控制流程图

2 支撑板厚度及外形初步选择

根据拉伸试验机作为参考模型，初步确定支撑板板厚为35mm，形状如图2所示。

图7 PLC控制梯形图

表1 部分辅助元器件

3 工况及分析优化

所设计的液压缸加载最大的加载力为7.5×105N，支撑板和支撑杆的约束条件均为固定约束，支撑板的四个孔和四个支撑杆各承受的理论加载力为1.875×105N，使用ANSYS分析时，确定弹性模量为2.1×108Pa，泊松比为0.25，网格划分使用智能划分。经过不断的分析优化，其最终支撑板厚度确定为25mm，支撑板形状为图2初步选择的形状，支撑杆、支撑板及M42螺栓分析结果，如图3、图4所示。

由图3可知，支撑杆和支撑板的位移量分别为0.4081E-5m、0.201E-4m，其和远小于国家标准及公司要求的最小位移量。由图4可知，支撑板、螺栓的强度、刚度符合设计要求。

四、液压系统设计

根据要求，通过参考液压缸试验方法标准，采用单向阀、溢流阀等对整个油路进行压力和速度的调节，同时也运用到位移传感器、压力传感器等计算机控制设备测试其位移和压力数据，在计算机中模拟出位移—压力曲线图，其液压系统原理图，如图5所示。

图5中电动机、液压泵运行时，比例溢流阀Y1控制着液压泵的压力，比例溢流阀Y4为加载缸提供压力，被试缸的无杆腔由截止阀锁紧，三位四通电磁换向阀D2左位YA3得电时，比例溢流阀接收到远程信号，向加载缸控制压力，加载缸左移，由光栅位置传感器测到被测缸活塞杆向无杆腔运动的位移量，再由Y4调节压力循环，测试多次以后，三位四通电磁换向阀D2右位YA4得电，停止试验，然后经过D/A转换器，将数字信号传递到计算机中，进行得到的位移和压力数据绘制成曲线，最后与国标规定的曲线相比较。

根据企业给出的数据，进过小组计算后，根据《液压气动与液力工程手册》表1.3-36，选用63YCY14-1B型斜盘式轴向柱塞泵，依表得液压泵的公称流量为63ml/r、公称压力为32MPa、额定转速为1500r/min。