高压液压缸受力变形研究

　　高压液压缸是某种核电辅具中的关键部件，其运行速度低、活塞杆承受轴向压力的作用、保压时间长、使用频繁。目前，国内核电现场所用的国产高压液压缸存在的问题是内泄大、不能长时间保压及使用寿命低等。由于核电现场要求的特殊性以及精度控制要求严格，目前国内使用的高压液压缸主要依靠进口，费用极高并且受到各方面的限制。因此，开发出结构合理，使用寿命长的高压液压缸是完善这种核电辅具的重要课题，并且可以为实现该种辅具的国产化奠定基础。

　　1 高压液压缸简介

　　1.1 液压缸主体结构

　　该种核电辅具所用液压缸为柱塞式液压缸，它是一种单作用式液压缸，靠液压力实现一个方向的运动。其中一种液压缸的主体结构如图1所示：

　　其结构主要由三部分组成：

　　(1)活塞。材料为30CrNiMo8V，力学性能如下：抗拉强度Rm840-940N/mm2;屈服强度 Re≥640 N/mm2;断后伸长率 A5≥12%;冲击功KV≥45J;硬度 248-278 HB30

　　(2)缸体。材料为 42CrMo，力学性能如下：抗拉强度Rm560-760N/mm2;屈服强度 Re≥360N/mm2;断后伸长率A5≥12%;冲击功 KV≥45J;硬度166-225 HB30

　　(3)缸盖。材质为42CrMo，材料力学性能如下：抗拉强度Rm840-940N/mm2;屈服强度 Re≥640N/mm2;断后伸长率 A5≥12%;冲击功 KV≥45J;硬度 248-278 HB30

　　1.2 液压缸的工况及结构分析

　　液压缸的工作压力 P=92.0MPa，设计最大压力为Pmax=100.0MPa。在辅具的使用过程中，液压缸工作频繁，工作压力过大。在高压状态下需要较长时间保压。

　　图1所示的液压缸其主要配合面为活塞与缸体的两个配合面，其配合均为间隙配合，Φ360H7/f7 配合的最大间隙：Xmax=0.11mm，最小间隙：Xmin=0.056mm;Φ180H7/f7配合的最大间隙：Xmax=0.093mm，最小间隙：Xmin=0.05mm。液压缸工作时，高压腔为下腔，活塞高压区域面积S₁=19075.5mm²。缸体高压区域面积缸体底部：S₂=S₁=19075.5mm²，缸体四周：S₃=1130.4h(mm²)。其中 h 为液压缸工作过程中活塞的位移，单位mm。

　　2 传统高压液压缸的受力变形分析

　　高压液压缸安装时缸体固定，在下腔中通入高压液压油，由活塞带动拉杆向上移动从而实现核电现场的工作要求，并且在高压作用下需要保压一段时间。由于该种辅具应用场合的特殊性，所以对液压缸的设计结构及制造精度具有很高的要求。

　　2.1 高压液压缸的受力分析

　　液压缸工作时在下腔中通入高压液压油，工作压力可达92MPa。下腔活塞的主要受力面为120尺寸面得下端面，缸体受力面为缸体底部以及缸体四周与液压油的接触面。在整个液压缸的受力面上各部位压强相同。活塞下端面受力：F₁=P_S1=1754.9KN缸体受力：缸体底面受力：F₂=F₁=1754.9KN;缸体周边受力：F₃=P_S3=1040hKN由以上分析可知，液压缸在工作过程中高压腔的受力均比较大，在如此大的压力作用下，活塞、缸体必然产生弹性变形，从而导致活塞、缸体的几何结构发生变化。