油压千斤顶偏载的仿真与试验分析

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Numerical Simulation and Experimental Analysis of Partial Load of Hydraulic JackSHEN Yihua ，YUAN Luming ，RUAN Yuming(1.Jiaxing Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau，Jiaxing Zhejiang 3 14001，China；2.Jinhua Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau，Jinhua Zhejiang 321000，China)Abstract：Combining with the actual conditions of the jack，diferent working conditions，such as different location，diferent an-gles and diferent loading methods were simulated by finite element numerical simulation software ANSYS.A quantitative analysis onthe stress distribution and deformation was done with simulation and physical experiments.It is found that the components prone to fail-ure are the piston assembly and cylinder；the maximum equivalent stress and deformation of inner wall of fuel tank are greater thanthose of piston assembly；equivalent stress increases when the partial load angle increases；surface load has minimal equivalent stress，but largest deform ation。

Keywords：Jack；Partial load angle；Equivalent stress；Deform ation油压千斤顶结构紧凑，工作平稳，有 自锁作用，作为汽车、建筑行业常见的起顶工具，使用较为广泛。千斤顶的小型化和轻量化是其发展的必然趋势，如在材料上选择高强合金钢和部分轻金属，优化结构，在密封上旧能选用可靠的动静密封零件-. 。

千斤顶是-种用途广泛的起重工具，在维修现场最为常见。由于千斤顶性能质量问题所引起的人身伤亡事故时有发生，因此，对千斤顶性能的检测已为制造商广泛重视 。

毛君等人对专业施工的油压千斤顶进行了分析，油压承载面和拐角处为主要受力区 。 。千斤顶的测试标准比较笼统，存在-定误差。为了提高测试工作效率和减少人为误差，-般以机械装置代替传统的人工方式驱动千斤顶 。

通过机器测试千斤顶性能与千斤顶实际工作时的状态又有所不同，通过机器检测不可能对全状态下的状态进行检测。文中结合实际工况，利用有限元数值模拟软件 ANSYS，对不同位置、不同角度和不同加载方式起顶时的千斤顶进行数值模拟，针对千斤顶应力分布和变形的问题进行了定量分析，并进行了试验验证 ，为实际优化设计和检测标准的细化提供参考。

1 有限元模型建立作者研究的QYL-8D型千斤顶，广泛适用于工厂仓库、桥梁、码头、交通运输和建筑工程等部门的起重作业。其工作环境温度标准规定为-20～45℃，不宜在酸碱及腐蚀性气体中使用。QYL.8D为二级升降千斤顶，载质量8 000 kg，起顶行程为125 mm，调整行程 (螺纹调节)为60 mm，由底座、油缸、活塞和活塞螺杆组成。由于千斤顶的油缸和活塞杆均为周向对称结构，根据实际使用和检测状况，对实际模型进行了适当的简化 ，去掉倒角、圆角、活塞头部橡胶圈的卡位槽等对计算影响较小的因素，建立了 1/4的模型实体 (图 1)，如此节省了大量的计算时间，提高了计算效率和计算精度。

根据千斤顶实际检测经验可得，容易发生失效的零件主要为活塞组件、油缸及活塞螺杆管，所以选择这些部件为有限元分析的主要对象。随材料类型的不同所需定义的材料参数有较大的区别：定义油缸和活塞螺杆管的材料为各向同性的线弹性材料45号钢，弹性模量为2.06×10 MPa，泊松比为0.3，屈服强收稿 日期 ：2012-07-16作者简介：沈-华 (1981-)，男，硕士，工程师，从事机电产品进出口检验检测工作。E-mail：syh###jx.ziq.gov.an。

· 112· 机床与液压 第4l卷图9、图 l0分别为千斤顶偏载时，不同角度下的千斤顶受力和变形分析曲线图。由图9可得：随着偏载角度的增大，最大等效应力逐渐增大。根据实际应用和测试时的工况，-般偏载角度不会大于20。。

由图10可得：随着角度的增大，变形数值在某-个数值上下浮动变化，没有特定的规律。

∞较淞图 9 不同角度下的千 图 l0 不同角度下的千斤顶受力分析 斤顶变形分析对图9利用Originlab软件的分析拈进行曲线拟合 ，可得：Y-0.06x 3.35x164.31 (1)由于二次项系数较小，对结果影响很小，因此可以忽略，故得到偏载角度和等效应力的拟合公式为：Y3.65x164.31 (2)可见偏载角度和最大等效应力基本成正比递增关系。

同理对图10变形曲线拟合可得公式如下：Y 1.52 × 10- -5.46 × 10- 6.09 ×10- 0.040 98 (3)由于变量 的系数较小 ，对结果影响很小 ，因此可以忽略，可见变形值在0.040 98 mm上下浮动。总体变形值较小，载荷产生的影响较稳定。

2.3 加载方式对千斤顶的影响根据千斤顶实际应用和测试时的工况 ，-般活塞顶部的螺杆头部的受载方式分为点载荷、线载荷和面载荷，大部分工况下是面方式加载。下面研究当千斤顶偏载6。时，分别施加点载荷、线载荷和面载荷，千斤顶的受力和变形状况 ，见表 2。

表 2 千斤顶不同加载方式的工况由表2可得：比较3种加载方式，面载荷下的千斤顶的等效应力最小，为 186 MPa，点载荷下的等效应力最大，差值为 88 MPa；但是面载荷的变形值最大达到 0.041 8 mm，点载荷下 的变形值最小为0.009 3 mm。这是因为千斤顶正常工作时，由油液内压和温差产生的应力作用在油缸内壁层，面载荷可以使应力沿壁厚分布均匀化，从而使得油缸抗疲劳破坏的能力提高，等效应力就较小，应力的分布导致变形会有所增大。

3 试验验证文中的实验测试平台装置由静态应变测试仪、PC、QYL·8D型千斤顶、LSC-20型千斤顶综合试验机和楔型垫块组成，见图11～ QYL-8D型千斤顶放置于不同角度的楔型垫块上，由LSC-20型千斤顶综合试验机施加载荷，通过静态应变测试仪和Pc得到应变数据，然后由胡克定律应变和应力的关系计算可得等效应力。

Pc 静态应变仪 综合试验机i/图 1 1 千斤顶偏载试验测试平台从千斤顶偏载试验测试平台得到了不同偏载角度时的等效应力的实验数据，见图12。图12显示了千斤 量顶偏 载试验的测试值与有限元分析结果 的对 比，最大误差为 4.5%。图 12表 耶明：有限元模拟计算值和实验结果具有-致性 ，但也存在-定的误差。除测 图12 千斤顶偏载试验试误差因素外，主要原因 数据和数值模在于：有限元模型的约束 拟数据的对比边界条件与实际测试时的约束存在差异。

4 结论(1)千斤顶最易发生失效的部件为活塞组件和油缸，而且油缸内壁的等效应力和变形均大于活塞组件；(2)千斤顶偏载时，随着偏载角度 的增大，等效应力逐渐增大，变形在某-特定值附近浮动。加载方式不同时，面载荷的等效应力最小，变形却最大。