CN108256195B - 一种纵向滚切剪液压系统压力冲击计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属板材剪切技术领域，更具体而言，涉及一种纵向滚切剪液压系统压力冲击计算方法，通过求解液压缸等效动态弹簧刚度表达式，再利用动量定理中动量变化量等于合外力冲量，经余弦级数精确求合外力作用时间，从而求解出压力冲击的数值大小。本发明的计算方法提高了计算结果的精度和准确度，从而能更真实、准确地计算出所产生的压力冲击数值大小，能够为设计液压系统时提供参考。

Description

一种纵向滚切剪液压系统压力冲击计算方法

技术领域

本发明涉及金属板材剪切技术领域，更具体而言，涉及一种纵向滚切剪液压系统压力冲击计算方法。

背景技术

金属板材纵向滚动剪切液压机是大型金属板材剪切设备，是现代化中厚板生产的核心设备之一。在剪切过程中，刚开始剪切的时候剪切角大，所以负载力很小，随着剪切的进行，剪切角变小，负载力变大。当液压剪遇到较大的负载而突然停止不动时，油泵和阀口还处于开启状态，而溢流阀由于有迟滞，不能及时对系统卸荷，液压剪的液压缸内的压力会急剧上升，产生压力冲击。冲击带来的后果不仅会影响板材的生产质量，还会产生噪音损坏液压元件。

发明内容

为了克服现有技术中液压系统剪切过程中由于负载力较大，剪切不动而出现压力冲击现象的问题，提供一种纵向滚切剪液压系统压力冲击计算方法，该方法能够较准确的计算出所产生的压力冲击数值大小，能够为设计液压系统时提供参考。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种纵向滚切剪液压系统压力冲击的计算方法，包括以下步骤：

S1、把液压缸等效成两个弹簧串联在一起，液压缸的等效动态弹簧刚度表示为：

S2、在液压剪剪切过程中，受到较大阻力而突然停止时，液压系统动量的变化量等于合外力冲量，合外力表示为：

S3、由胡克定律求得位移变化量Δx为：

S4、液压系统液压油体积变化量：ΔV＝A₁Δx

S5、纵向滚切剪液压系统压力冲击为：

上述式中，β_e为液压油有效体积弹性模量，A₁为无杆腔活塞有效面积；A₂为有杆腔活塞有效面积；L为液压缸的行程；x为活塞的位移；M为负载及活塞杆折合质量；v为滚切剪的剪切速度；t为合外力作用时间；V为液压缸腔容积。

所述合外力作用时间t用余弦级数展开表示为：

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

本发明提供了一种纵向滚切剪液压系统压力冲击计算方法，通过求解液压缸等效动态弹簧刚度表达式，再利用动量定理中动量变化量等于合外力冲量，经余弦级数精确求合外力作用时间，从而求解出压力冲击的数值大小。本发明的计算方法提高了计算结果的精度和准确度，从而能更真实、准确地计算出所产生的压力冲击数值大小，能够为设计液压系统时提供参考。

附图说明

图1为液压缸模型；

图2为液压缸等效弹簧模型；

图中1为无杆腔，2为有杆腔，3为无杆腔活塞，4为有杆腔活塞，5为负载及活塞腔质量折合模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，单杠双作用液压缸，无杆腔1的容积为V₁，无杆腔活塞3有效面积为A₁，有杆腔2容积为V₂，有杆腔活塞4有效面积为A₂，负载及活塞腔质量折合模块5质量为M。

如图2所示，由于液压油的可压缩性，把液压缸的两腔等效成两个弹簧，根据胡克定律求得两腔的弹簧刚度：

式中：f—液压弹簧受到的力

x—活塞的位移

液压弹簧受到的力：

f＝PA (2)

式中：P—液压缸供油压力

A—活塞有效面积

液压油有效体积弹性模量：

因此可得：

将式(2)和式(4)带入式(1)可得液压弹簧刚度：

液压缸相当于式两个弹簧串接在一起，故总的液压刚度表示为：

通过求极值求得刚度最小时活塞的位置，此时系统刚度最小，最容易发生破坏：

式中

当R≈1时，

最小刚度位置应在液压缸行程的中点附近。

在滚切剪液压系统中，在液压剪剪切的过程中，当遇到较大的阻力而突然停止的时候，产生的压力冲击可分成两部分，一部分是由动能转化成弹性势能而产生的冲击，另一部分是由于运动部件突然停止而产生的压力冲击。由动能转化为弹性势能产生的压力冲击较小，可以忽略不计，因此主要考虑有运动部件突然停止而产生的压力冲击。由动量变化量等于合外力冲量知：

Mv＝Ft (8)

式中：M—负载及活塞杆折合质量

v—滚切剪的剪切速度

F—合外力

t—合外力作用时间

由胡克定律求得位移变化量为：

由式(3)知：

式中：ΔV＝A₁Δx

由于合外力作用时间t是一个很小的值，因此用余弦级数对其展开，令f(t)＝t,因f(t)为非周期函数，可以把其当成确定区间上的周期函数，取其周期为(0，π)：

由式(12),式(13)和式(14)得到合外力作用时间:

将式(9)，式(10)带入式(11)，并将式(15)计算所得的合外力作用时间t带入式(11)得压力冲击：

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种纵向滚切剪液压系统压力冲击的计算方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、把液压缸等效成两个弹簧串联在一起，液压缸的等效动态弹簧刚度表示为：

S2、在液压剪剪切过程中，受到较大阻力而突然停止时，液压系统动量的变化量等于合外力冲量，合外力表示为：

S3、由胡克定律求得位移变化量Δx为：Δx为：

S4、液压系统液压油体积变化量：ΔV＝A₁Δx

S5、纵向滚切剪液压系统压力冲击为：

上述式中，β_e为液压油有效体积弹性模量，A₁为无杆腔活塞有效面积；A₂为有杆腔活塞有效面积；L为液压缸的行程；x为活塞的位移；M为负载及活塞杆折合质量；v为滚切剪的切速度；t为合外力作用时间；V为液压缸腔容积；

由于合外力作用时间t是一个很小的值，因此用余弦级数对其展开，令f(t)＝t，因f(t)为非周期函数，可以把其当成确定区间上的周期函数，取其周期为(0，π)：

所述合外力作用时间t用余弦级数展开表示为：

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