摘要：秦皇島港煤五期BM皮帶線采用的是DYL型自動(dòng)液壓張緊裝置，在煤五期BM線復(fù)雜工況的作用下，液壓站張緊油缸頻繁出現(xiàn)缸頭斷裂的情況，嚴(yán)重影響到了正常的生產(chǎn)作業(yè)。本文從張緊油缸缸頭著手，分析油缸受力情況，針對(duì)其受力薄弱環(huán)節(jié)，重新設(shè)計(jì)了可靠性、通用性更強(qiáng)的油缸缸頭，解決了日常生產(chǎn)中的頻發(fā)性故障。

關(guān)鍵詞：液壓張緊;油缸缸頭

0 ?引言

液壓張緊系統(tǒng)具有響應(yīng)快、壓力可調(diào)、安裝占用空間小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各大礦山、港口的皮帶機(jī)系統(tǒng)中。煤五期BM線液壓張緊裝置曾經(jīng)多次出現(xiàn)缸頭斷裂故障，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致張緊小車傾翻，皮帶壓煤停機(jī)，造成機(jī)損及灑落煤事故。通過仿真軟件對(duì)缸頭進(jìn)行受力分析，我們認(rèn)為是造成缸頭斷裂的原因主要有兩點(diǎn)：①缸頭存在薄弱環(huán)節(jié)，同時(shí)皮帶啟動(dòng)的瞬時(shí)負(fù)載過大;②缸頭長(zhǎng)時(shí)間使用引起疲勞斷裂?；谝陨蟽牲c(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了加厚結(jié)構(gòu)的缸頭，材質(zhì)采用45#鋼鍛造，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，并針對(duì)不同規(guī)格的缸頭設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)接頭，增加了備件通用性。

1 ?技術(shù)方案

張緊油缸缸頭是整個(gè)張緊機(jī)構(gòu)的最大受力點(diǎn)，也是整個(gè)張緊系統(tǒng)的最薄弱環(huán)節(jié)。在計(jì)算出整個(gè)系統(tǒng)張力的前提下，我們對(duì)新設(shè)計(jì)缸頭進(jìn)行了三維建模，并通過ANSYS軟件對(duì)新缸頭進(jìn)行靜載荷分析，得出其應(yīng)力云圖、應(yīng)變?cè)茍D和不同應(yīng)力下的壽命云圖，計(jì)算出新缸頭的平均壽命，以便于設(shè)定備件更換周期。

1.1 受力計(jì)算

圖1所示為張緊油缸結(jié)構(gòu)，通過缸桿的收縮來(lái)拉緊皮帶，由此可以得出張緊力與系統(tǒng)壓力之間的關(guān)系式為：F=P*A=P*π（R2-r2），其中R為油缸缸筒半徑，r為油缸杠桿半徑。以BM10為例計(jì)算，其R=200mm，r=100mm，P=13MPa，帶入式中可得，F(xiàn)≈390kN，即缸頭受力為390kN。

1.2 新缸頭設(shè)計(jì)與三維建模

分析缸頭斷裂的事故現(xiàn)場(chǎng)（見圖2），可以發(fā)現(xiàn)斷裂面基本處于缸頭滑輪軸與缸頭軸中間接觸部位，由此可知該處為油缸缸頭受力薄弱位置。

針對(duì)此種情況，我們對(duì)易斷裂薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行了加強(qiáng)，設(shè)計(jì)了如圖3所示的全新缸頭。缸頭要求使用45#鋼鍛造，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。由于目前BM張緊液壓缸存在兩種尺寸，分別為？準(zhǔn)70mm和？準(zhǔn)90mm，在設(shè)計(jì)加工之初考慮到通用性的問題，設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)接接頭，滿足缸頭在不同直徑上的轉(zhuǎn)換，減少備件的種類。

1.3 ANSYS載荷與壽命分析

在缸頭與滑輪軸接觸部位與缸頭與杠桿連接部位設(shè)定兩個(gè)接觸面，分別為接觸面A和接觸面B。在A面上進(jìn)行固定約束，在B面上施加力F，在計(jì)算初期，我們?cè)O(shè)定了十組靜載荷的作用，分別為10t、20t、30t、40t、50t、60t、70t、80t、90t、100t，分析在此作用力下缸頭的壽命情況。

采用自動(dòng)化分網(wǎng)格，網(wǎng)格大小選擇中等，在ANSYS中進(jìn)行靜力載荷分析，得到如下應(yīng)力云圖，各區(qū)域受力情況如圖4所示。

從應(yīng)力云圖和變形云圖中可以看出，零件的最大應(yīng)力和變形都發(fā)生在軸孔內(nèi)側(cè)，該位置與零件實(shí)際斷裂處一致。

從零件壽命云圖中可以看出，零件的壽命最小發(fā)生在軸孔內(nèi)側(cè)，該位置與零件實(shí)際破壞一致。從不同載荷下零件壽命曲線可以看出，載荷為10t～40t時(shí)，零件的壽命不變?yōu)?*106，增大載荷壽命會(huì)快速下降，載荷為70t時(shí)，壽命只有1.2906*105;載荷繼續(xù)增大，零件壽命緩慢減小，當(dāng)載荷為1*106時(shí)，壽命為34945。（圖5）

2 ?實(shí)施效果

從年初開始，我們對(duì)四條BM線的油缸缸頭統(tǒng)一進(jìn)行了更換，如圖6所示。在更換完新缸頭后，缸頭斷裂故障得到了有效改善，近一年來(lái)未再發(fā)生斷裂事故。

3 ?結(jié)論

此次的改造主要是針對(duì)BM張緊油缸缸頭頻繁斷裂的實(shí)際問題出發(fā)，利用結(jié)構(gòu)分析軟件得出的數(shù)據(jù)，對(duì)缸頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效改進(jìn)，降低了故障頻率，同時(shí)在滿足正常使用的前提下，減少備件的種類，保證備件的通用性。

作者簡(jiǎn)介：王虎（1985-），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楦劭跈C(jī)械。