[發明專利]用于板框式液壓機機架的預緊力參數優化方法及機架裝置

有效

• 申請號: 202011262548.5
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112275990B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 金淼;吳洋;鄒宗園;趙石巖;張慶玲
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B21J13/04
• 分類號: B21J13/04;B21J9/12
• 代理公司: 北京孚睿灣知識產權代理事務所(普通合伙) 11474
• 代理人: 劉翠芹

1.一種用于板框式液壓機機架的預緊力參數優化方法，其特征在于，其包括如下步驟：

S1、確定板框式液壓機機架結構中預緊力的大?。?/p>

S11、根據實際工程情況，對O型板框的受力進行分析，做出O型板框拆分后的受力及變形簡圖，在加載過程中，O型板框縱向側邊框的壓縮回彈量ΔL₁與第一拉桿的再伸長量ΔL₂相等，即ΔL₁＝ΔL₂，具體表達式為：

式中，F₀為單側第一拉桿的預緊力的合力；F₁為承載時側邊框所受軸向壓力；F₂為承載時單側第一拉桿受到的拉力；A₁為單側縱向側邊框截面面積；A₂為單側第一拉桿的截面面積之和；H₁為O型板框側邊框的凈高度，即O型板框橫向上下邊框間距；H₂為第一拉桿的有效長度，即第一拉桿的上下預緊螺母間距；E為彈性模量；

S12、計算第一拉桿和O型板框的縱向側邊框的拉壓剛度比m，令m為O型板框單側第一拉桿和縱向側邊框的拉壓剛度比，計算表達式為：

式中，m為單側第一拉桿和縱向側邊框的拉壓剛度比；A₁為單側縱向側邊框截面面積；A₂為單側第一拉桿的截面面積之和；H₁為O型板框側邊框的凈高度，即O型板框橫向上下邊框間距；H₂為第一拉桿的有效長度，即第一拉桿的上下預緊螺母間距；

S13、將步驟S12中得到的拉壓剛度比m與理想狀態下板框式液壓機機架結構的變形平衡條件相結合，求得第一拉桿的預緊力和承載后第一拉桿受到的拉力；

在步驟S13中，單側第一拉桿預緊力合力的具體獲得步驟如下：

S131、由步驟S11和S12得到：

F₂-F₁＝(1+m)(F₀-F₁)

式中，m為單側第一拉桿和縱向側邊框的拉壓剛度比；F₀為單側第一拉桿的預緊力的合力；F₁為承載時側邊框所受軸向壓力；F₂為承載時單側第一拉桿受到的拉力；

S132、根據平衡條件可知，在板框式液壓機機架結構承載狀態下，有如下表達式：

理想狀態下，板框式液壓機機架結構承載時，縱向側邊框壓縮回彈量等于預壓縮量，此時側邊框未承受應力，即F₁＝0，得：

式中，α為液壓缸和工作臺與O型板框橫向上下邊框的接觸跨度比；L為O型板框橫向上下邊框長度，即縱向側邊框中心線間距；q為上下邊框單位長度承載壓力；

S133、將上式代入步驟S131中，得到單側第一拉桿預緊力合力大小表達式為：

式中，F₀為單側第一拉桿的預緊力的合力；m為單側第一拉桿和縱向側邊框的拉壓剛度比；α為液壓缸和工作臺與O型板框橫向上下邊框的接觸跨度比；L為O型板框橫向上下邊框長度，即縱向側邊框中心線間距；q為上下邊框單位長度承載壓力；

S2、確定預緊力在板框式液壓機機架結構中的具體施加位置：

S21、分別計算實際工作載荷和步驟S13中承載后第一拉桿受到的拉力對O型板框的變形影響，同時，引入交互變形系數λ₁、λ₂，分別計算O型板框中橫向上、下邊框轉角的彎矩，并采用疊加法計算O型板框的縱向側邊框的變形大小，交互變形系數表達式如下：

式中，λ₁、λ₂為橫向上、下邊框交互變形系數；A＝γ²+2γ(K₁+K₂)，B＝3K₁K₂；γ為O型板框縱向側邊框高度H與O型板框橫向上下邊框長度L之比，γ＝H/L；K₁為縱向側邊框抗彎剛度EI與橫向上邊框抗彎剛度(EI)₁之比；K₂為縱向側邊框抗彎剛度EI與橫向下邊框抗彎剛度(EI)₂之比；

在步驟S21中，所述O型板框的縱向側邊框的變形大小的具體確定步驟如下：

S211、在O型板框橫向上下邊框的尺寸一致時，即K₁＝K₂＝K，λ₁＝λ₂＝λ，同時，板框式液壓機機架只承受工作載荷時，O型板框的轉角的彎矩的表達式為：

式中，M₁為工作載荷對O型板框的轉角的彎矩；α為液壓缸和工作臺與O型板框橫向上下邊框的接觸跨度比；L為O型板框橫向上下邊框長度，即縱向側邊框中心線間距；q為上下邊框單位長度承載壓力；λ為交互變形系數；

S212、在板框式液壓機機架承載時，第一拉桿所受拉力F₂對O型板框的轉角的彎矩為：

式中，M₂為第一拉桿的拉力F₂對O型板框的轉角的彎矩；α為液壓缸和工作臺與O型板框橫向上下邊框的接觸跨度比；β為預緊力位置比；L為O型板框橫向上下邊框長度，即縱向側邊框中心線間距；q為上下邊框單位長度承載壓力；λ為交互變形系數；

S213、結合上述步驟S211和S212，在給定預緊力情況下，O型板框承載后，其轉角的彎矩為：

M₀＝M₁+M₂

其縱向側邊框中點水平變形為：

式中，W為O型板框縱向側邊框中點水平變形；M₁為工作載荷對O型板框的轉角的彎矩；M₂為承載時單側第一拉桿受到的拉力F₂對O型板框的轉角的彎矩；M₀為給定預緊力下，O型板框承載后轉角的彎矩；I為O型板框縱向側邊框的截面慣性矩；

S22、根據承載后O型板框變形最小的原則，計算在工作載荷、預緊力、結構尺寸參數一定的情況下，預緊力在O型板框上施加的具體位置，由此可得，預緊力位置比β與接觸跨度比α的關系式：

式中，α為液壓缸和工作臺與O型板框橫向上下邊框的接觸跨度比；β為預緊力位置比。

2.根據權利要求1所述的用于板框式液壓機機架的預緊力參數優化方法，其特征在于，在步驟S22中，在理想狀態下，O型板框縱向側邊框中點水平變形W＝0，由步驟S21中的計算過程得水平變形W的具體表達式為：

根據O型板框縱向側邊框中點水平變形W的具體表達式，可知M₁＝-M₂，(3-3α+α²)＝48β²(1-β)²；

式中，M₁為工作載荷對O型板框的轉角的彎矩；M₂為承載時單側第一拉桿受到的拉力F₂對O型板框的轉角的彎矩；α為液壓缸和工作臺與O型板框橫向上下邊框的接觸跨度比；β為預緊力位置比，即預緊力施加位置距縱向側邊框中心線的距離與橫向上下邊框長度的比；H為O型板框縱向側邊框高度，即橫向上下邊框中心線間距。