CN107391875B - 一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，该计算方法采用塑性大变形有线元分析方法，基于Deform塑性分析工具，对柱塞滑靴收口成型和拉脱破坏全过程进行工艺仿真，可在加工前进行拉脱力计算，并反馈迭代设计，降低了柱塞泵柱塞滑靴组件研发设计成本，缩短了研制周期并提升了设计质量。采用塑性有限元分析方法可对不同柱塞、滑靴初始结构、滚包收口模具结构、收口工艺参数条件下柱塞收口组件进行拉脱力的快速精确计算，经计算结果与试验结果对比误差在5％以内，精度较高，具有实际参考价值，可避免实际产品试验验证可能产生的不必要迭代，有效降低研发设计成本，缩短研发周期，提高设计质量。

Description

一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法
技术领域
本发明属于液压泵设计技术，具体涉及柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法。
背景技术
柱塞滑靴组件属于柱塞泵的关键核心组件之一，柱塞滑靴组件一般是通过滚包收口塑性成型的方式将滑靴滚包于柱塞的球头上，以球铰副的形式连接，其连接的可靠性直接决定柱塞泵能否在寿命期内正常工作。
柱塞滑靴间球铰连接的强度及可靠性主要通过拉脱力来衡量，拉脱力通过拉伸试验机和工装对柱塞滑靴组件进行破坏性拉伸测得。传统的柱塞滑靴组件收口前结构和收口工艺主要通过收口加工经验确定，收口完成后还需要进行拉脱试验进行拉脱力测试以保证收口的强度和可靠性，这种经验设计方法和设计后验证成本较高，不利于新产品的快速研制，影响设计研发效率。
发明内容
本发明的目的是：提出一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，可在加工前进行拉脱力计算，并反馈迭代设计，降低了柱塞泵柱塞滑靴组件研发设计成本，缩短了研制周期并提升了设计质量。
本发明的技术方案：
一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，该计算方法采用塑性大变形有线元分析方法，基于Deform塑性分析工具，对柱塞滑靴收口成型和拉脱破坏全过程进行工艺仿真，具体步骤如下：
第一步：提取影响柱塞收口拉脱力的设计参数与工艺参数，包括柱塞球铰直径、滑靴总长、滑靴斜角，模具直径、模具进给量及进给速度；
第二步：将柱塞、滑靴及收口工装的三维结构图按照收口前相对位置进行装配约束，做二维剖面后将二维剖面结构图导入Deform塑性分析工具当中；
第三步：进行塑性有限元前处理，将滑靴作为塑性部件进行网格划分，柱塞和工装作为刚性部件，对所有零件接触对施加库伦摩擦力接触边界条件；
第四步：分别对收口工装施加收口方向运动和对滑靴施加拉脱方向的运动，并先后进行柱塞收口和拉脱过程的运算，显示拉脱力计算结果，根据拉脱力计算结果可对设计与工艺参数进行优化并进行迭代计算。
本发明的有益效果：
采用塑性有限元分析方法可对不同柱塞、滑靴初始结构、滚包收口模具结构、收口工艺参数条件下柱塞收口组件进行拉脱力的快速精确计算，经计算结果与试验结果对比误差在5％以内，精度较高，具有实际参考价值，可避免实际产品试验验证可能产生的不必要迭代，有效降低研发设计成本，缩短研发周期，提高设计质量。
附图说明
图1为柱塞收口及拉脱分析过程示意图；
图2为柱塞收口拉脱力精确计算方法流程图。
具体实施方式
一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，其计算流程如图2所示，采用大变形的塑性有限元分析方法，基于Deform塑性分析工具，对柱塞滑靴收口成型和拉脱全过程进行仿真，从而得到拉脱力精确计算结果，具体实施步骤如下：
步骤1：提取影响柱塞收口拉脱力的设计参数与工艺参数，如图1所示，结构参数一般包括柱塞球铰直径、滑靴总长、滑靴斜角等，工艺参数一般包括模具直径、模具进给量及进给速度等；
将柱塞、滑靴及收口工装的二维剖面结构按照收口前相对位置导入Deform软件工具中，。
步骤2：将柱塞、滑靴及收口工装的三维结构图按照收口前相对位置进行装配约束，柱塞、滑靴按照求教约束关系进行装配、收口工装中心与柱塞滑靴中心一直并保证不产生干涉，做二维剖面后输出igs、x_t等通用格式的二维剖面结构文件导入Deform塑性分析工具当中；
步骤3：进行塑性有限元前处理，将滑靴作为塑性部件进行网格划分，柱塞和工装作为刚性部件不需要进行网格划分，网格大小应能反映柱塞滑靴组件最小特征，一般以滑靴斜角特征大小的五分之一为宜，对柱塞、滑靴接触对和收口工装、滑靴接触对分别施加库伦摩擦力接触边界条件，摩擦系数一般设为0.1；
步骤4：分别对收口工装施加收口方向运动和对滑靴施加拉脱方向的运动，保证收口运动符合收口工艺参数，先进行柱塞收口过程的运算，再将其运算结果作为初始条件，进行柱塞拉脱过程的计算，显示拉脱力计算结果，并根据拉脱力计算结果对设计与工艺参数进行适当优化迭代。
通过以上实施步骤完成柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算，可对不同柱塞滑靴组件结构、收口模具结构、收口工艺参数条件下柱塞收口组件进行拉脱力误差5％以内的精确计算，避免了实际产品试验验证可能产生的不必要迭代，可有效降低研发设计成本，缩短研发周期，提高设计质量。

Claims (3)

1.一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，其特征在于：该计算方法采用塑性大变形有线元分析方法，基于Deform塑性分析工具，对柱塞滑靴收口成型和拉脱破坏全过程进行工艺仿真，具体步骤如下：
第一步：提取影响柱塞收口拉脱力的设计参数与工艺参数；
第二步：将柱塞、滑靴及收口工装的三维结构图按照收口前相对位置进行装配约束，做二维剖面后将二维剖面结构图导入Deform塑性分析工具当中；
第三步：进行塑性有限元前处理；
第四步：分别对收口工装施加收口方向运动和对滑靴施加拉脱方向的运动，先进行柱塞收口过程的运算，再将其运算结果作为初始条件，进行柱塞拉脱过程的计算，显示拉脱力计算结果，根据拉脱力计算结果可对设计与工艺参数进行优化并进行迭代计算。
2.根据权利要求1所述的一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，其特征在于：步骤一中所述设计参数与工艺参数包括柱塞球铰直径、滑靴总长、滑靴斜角，模具直径、模具进给量及进给速度。
3.根据权利要求1所述的一种柱塞泵柱塞收口拉脱力的精确计算方法，其特征在于：步骤三中所述的前处理为，将滑靴作为塑性部件进行网格划分，柱塞和工装作为刚性部件不需要进行网格划分，网格大小能反映柱塞滑靴组件滑靴斜角特征大小的五分之一，对柱塞、滑靴接触对和收口工装、滑靴接触对分别施加库伦摩擦力接触边界条件。
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