畢業(yè)設計液壓式測力機的設計

1、1 引言1.1 計量的意義和作用 人類為了生存和發(fā)展，必須認識自然、利用自然和改造自然，而自然界的一切現(xiàn)象或物質(zhì)，是通過一定的“量”來描述和體現(xiàn)的。也就是說：“量是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性?！币虼?，要認識大千世界和造福人類，就必須對各種“量”進行分析確認，既要區(qū)分量的性質(zhì)，又要確定其量值。計量正是達到這種目的的重要手段之一。 計量是關(guān)于測量的科學，是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準確可靠和與國際一致的科學和管理活動。實際上，人類在科學研究、經(jīng)濟活動和社會活動中，每時每刻都離不開計量。眾所周知，尺子、秤、電表、秒表、煤氣表都是用于計量的，計量已經(jīng)滲透到了人類工作、學習、生活的各個方面，

2、人們在不知不覺當中，應用和享用了計量知識和技術(shù)。計量與國民經(jīng)濟建設和科學技術(shù)的各個領域息息相關(guān)，無論是人類的衣食住行、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設、科學研究，還是國內(nèi)外貿(mào)易，處處都離不開計量?，F(xiàn)代計量已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要技術(shù)基礎。此外，大量的事實證明，物理學上的許多重要發(fā)展，都是在精密計量測試的基礎上取得的。而許多國防尖端技術(shù)的突破，也和計量測試分不開。因此，從這個意義上說，可以將科學技術(shù)和計量的關(guān)系概括為一句話：“科技要發(fā)展，計量須先行”。1.2 計量的對象及發(fā)展 在相當長的時間里，計量的對象主要是物理量，隨著科技進步和社會發(fā)展，逐漸擴展到工程量、化學量、生理量，甚至心理量。目前的計量，早已不再停

3、留在以往度量衡的基礎上，而是形成了一門獨立的學科計量學，涉及長度、溫度、力學、電磁學、無線電、時間頻率、光學、電離輻射、聲學和化學等各種專業(yè)，即所謂的十大計量。 1.3 計量法的實施 為了在全國范圍內(nèi)統(tǒng)一計量制度，1959年6月25日國務院發(fā)布“關(guān)于統(tǒng)一計量制度的命令”，確定以當時的公制即后來的國際單位制，為國家基本計量制度。1985年9月6日全國人大常委會通過“中華人民共和國計量法”，與此同時，在1985年我國還加入了國際法制計量組織（OIML），這標志著中國的計量工作納入了法制管理的軌道，計量法律、法規(guī)體系已基本完備，并已經(jīng)與國際法制計量接軌。 1.4 法制計量 計量的內(nèi)容和含義十分廣泛，

4、而法制計量是計量中一個重要的概念，對于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防科技和人民生活都是必不可少且至關(guān)重要的。計量院作為國家法定計量技術(shù)機構(gòu)，在計量法實施20年的時間里，建立并不斷改進計量基標準；加強國際合作與交流，增強國際地位；開展強制檢定，保障人民生命安全；受國家質(zhì)檢總局委托，承擔計量標準考核和計量器具型式批準試驗任務。1.5 國內(nèi)外現(xiàn)狀力學處測力室是計量院建立最早的實驗室之一。該實驗室研制并保存的20MN基準測力機是目前國內(nèi)最大的超重型精密力值計量裝置。它首次把靜壓潤滑技術(shù)應用于單缸結(jié)構(gòu)的工作缸塞系統(tǒng)中,制造技術(shù)難度大,全部零件實現(xiàn)國產(chǎn)化。1990年通過原國家技術(shù)監(jiān)督局鑒定,達到國際先進水平。1992年

5、被批準為大力值國家基準,1996年獲得國家科技進步一等獎。它的應用為大型工程項目科研與技術(shù)開發(fā)提供了精密的測試手段，提高了對工程結(jié)構(gòu)和高層建筑安全受力狀態(tài)的檢測水平,也為航空航天技術(shù)總體精度的提高創(chuàng)造了必要條件。20MN基準測力機的力值準確度優(yōu)于1×104 ,力值變動度優(yōu)于1×104 ,靈敏限優(yōu)于2×105 。 1990年10月,計量院與日本NRLM進行大力值比對。中日兩臺20MN基準機力值比對的結(jié)果一致性約在1×104，我國的20MN基準機力值波動度處于105 量級,優(yōu)于日本20MN機一個數(shù)量級,充分顯示了靜壓潤滑工作缸塞系統(tǒng)的優(yōu)良性能和先進水平。 德

6、國物理技術(shù)研究院(PTB) 的16.5MN 液壓式測力機采用了十分復雜的四缸并聯(lián)動壓潤滑方案, 對制造水平、加工工藝要求較高, 而且成本也十分昂貴, 日本國家計量研究所(NRLM )的20MN 液壓式測力機采用傳統(tǒng)的單缸動壓潤滑結(jié)構(gòu), 投資是我國20MN 測力機的八倍。2 液壓測力裝置提出和意義在工業(yè)生產(chǎn)中，測量兩個物體之間夾緊力的大小是實際生產(chǎn)中經(jīng)常要遇到的問題。一般常規(guī)的測量方法比較多，譬如利用彈簧、應變片的方法等，但在某些場合下使用常規(guī)的測量方法往往有很多不便，如要測量制動器抱閘的夾緊力，要測量圓柱形電極接電連接頭之間夾緊力等。而液壓式測量裝置可以很好的解決上述問題?？傮w上，測力計量在工

7、業(yè)生產(chǎn)、建筑、國防等領域中具有非常重要的作用。各種類型的測力裝置可以產(chǎn)生準確的力值, 作為一個國家力值的基(標) 準, 在國家整個力值傳遞(溯源) 系統(tǒng)中占有十分重要的地位。與其他類型測力裝置相比, 液壓式測力裝置可以測量很大的力, 適用于大力值計量領域。3 液壓測力裝置的原理液壓式測力裝置是以帕斯卡原理為基礎設計制造的。帕斯卡定律指出, 密閉容器內(nèi)的液體向各個方向施加相等的壓力, 根據(jù)這一原理, 作用于封閉液體的外力, 以相等的壓力向限制液體的容器或管道的表面?zhèn)鬟f。因而, 在液壓式測力機的液壓系統(tǒng)中, 作用于小面積的測力活塞上的標準砝碼的重力W , 會在大面積的工作活塞上產(chǎn)生一個大的標準力值

8、F, 作用到待檢的測力計或測力傳感器上, 如圖1 所示。油液在油缸、活塞間隙中的泄漏由泵站提供的壓力為P 的高壓油補給, 從而使系統(tǒng)接近于液壓平衡。設計、制造液壓式測力機的技術(shù)關(guān)鍵在于油缸和活塞之間不能存在任何的機械摩擦, 而只能有液體摩擦。同時, 為了盡量減小缸塞間的漏油量, 以保證全機處于液壓平衡狀態(tài), 要求缸塞間的配合間隙極小(單邊間隙一般不得超過幾十微米)。無論采用何種方案解決這一關(guān)鍵問題, 不僅要以嚴謹、可靠的理論為基礎, 還要考慮加工工藝、制造成本等諸多實際因素。傳統(tǒng)的解決方法是采用“動壓潤滑”的方法, 即油缸圍繞活塞旋轉(zhuǎn), 從而在缸塞間建立液體摩擦。這一方法對有效面積較小的測力缸

9、塞系統(tǒng)而言, 不難實現(xiàn), 但對于有效面積較大的工作缸塞系統(tǒng)來說, 卻存在以下兩點問題。一是由于油缸旋轉(zhuǎn), 使缸塞相對位置不斷變化, 因而漏油量也不斷變化, 整個液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力很難保持穩(wěn)定, 結(jié)果造成測力機的波動度較大; 二是制造工藝復雜,成本較高。本文介紹一種液壓式測力裝置，用它既可以測量圓形二物體之間的夾緊力，通過改變前后頂頭的形狀，又可用來測量非圓柱形物體之間的夾緊力，而且通過裝置上的壓力表可直接讀出被測量物體之間夾緊力的大小。裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便。4 總體設計4.1油缸的選用與校核內(nèi)徑大小和內(nèi)桶的長度的確定是液壓式測力裝置測量范圍的重要參數(shù)，壁厚的確定是液壓測力裝置穩(wěn)定性

10、和安全性的重要參數(shù)之一。在靜止液體中，任意一點所受到各方向的壓力都相等。靜止液體中某一微小面積么上受法向作用力隊其壓力可用下式表示，靜止液體和固體壁面相接觸時，固體壁面上各點在萊一方向上所受靜壓作用力的總和。便是液體在該方向上作用于固體壁面上的力。 固體壁面為一平面時，如不計重力作用(即忽略項)，平面上各點處的靜壓力大小相等，作用在固體壁面上的力等于靜壓力與承壓面積的乘積，即FpA，其作用方向垂直于壁面。 當固體壁面為一曲面時，情況就不同了：曲面上液壓作用力在某一方向上的分力等于壓力和曲面在該方向的垂直面內(nèi)投影面積的乘積。圖2 作用在曲面上的力缸筒壁厚的校核當缸簡壁厚時，可按薄壁圓筒的計算公式

11、校驗其強度。即：式中 缸筒試驗壓力，比最大工作壓力大20一30； D缸筒內(nèi)徑； 6缸筒材料許用應力，；為材料抗拉強度，n為安全系數(shù)，一般取n35。圖3 缸體當缸筒壁厚時，按厚壁圓筒公式校驗，即：中低壓液壓缸的缸簡壁厚常根據(jù)結(jié)構(gòu)和工藝的需要來確定，其強度一般不是主要問題。本裝置缸體材料用45鋼，直徑D為205mm，壁厚為22.5mm，屬于厚壁圓筒，料抗拉強度為600MPa，帶入公式校核合格。4.2 活塞的選用與校核 活塞外表面的粗糙度和精度是決定改液壓測力裝置精度和靈敏度的重要條件，它的密封首先用活塞圈，再用兩個O型密封圈，經(jīng)檢驗，密封合格。 圖3 活塞 用45鋼成型后，先淬火，然后滲碳，注意須

12、放置時，要垂直放置，或懸掛。4.3 壓力表的選用一般選擇壓力表的常用工作點在其全量程的23左右時最為理想。因此P =Ps(23)=16(23)=24MPa式中 Ps 油缸的常用工作壓力20MPaPp 所選壓力表的量程根據(jù)工廠的實際情況所以決定選用30MPa的壓力表。4.4密封圈的選用由于該液壓測力裝置是測量比較大的里，要求密封圈既能承受足夠大的壓強，又要盡量減少泄漏。4.4.1液壓缸的密封液壓缸是依靠密封的工作容積變化來傳遞動力和運動的。因此要求兩個有相對運動的零件之間形成的空間應是密封的。不使油液從進油腔泄漏至回油腔，更不允許泄漏到缸體外面，若密封不良不僅使液壓缸的性能和效率降低，甚致失去工

13、作能力，因此，對液壓缸的密封提出以下要求：（1）在額定工作壓力下，保證良好的密封，使其減少泄漏。（2）相對運動的零部件間，密封裝置引起的摩擦力要小，不允許有卡死或爬行現(xiàn)象。（3）密封元件的加工工藝和裝配簡單。即制造容易，成本低，適于組織集中生產(chǎn)和標準化生產(chǎn)。（4）耐磨性好，工作壽命長，磨損后在一定程度上能自動補償。本裝置選用的是O型密封圈，通常安裝在矩形的溝槽中，用于固定件或往復運動件間的密封。具有以下一些特點：（1） 密封性較好，壽命較長；（2） 用一個密封圈可起到雙向密封的作用；（3） 懂摩擦阻力??；（4） 對油液的種類，溫度和壓力適應性較強；（5） 體積小，重量輕，成本??；（6） 結(jié)構(gòu)簡

14、單，拆卸簡單；（7） 既可做動密封，又可做靜密封；（8） 可在較大溫度范圍內(nèi)工作。4.5 排氣閥的選用如果沒有排氣閥的設置，壓力油進入缸腔后，缸內(nèi)仍會有客氣，由于空氣具有壓縮性和滯后性，影響測力裝置的準確性。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，出來阻止空氣進入外，必須在缸體上安設排氣閥。排氣閥的位置要合理，一遍安裝后調(diào)試前排除缸體內(nèi)部的空氣。由于空氣比油輕，總是向上浮動，不會讓空氣有積存的殘留死角。4.6 頂頭的設計由于該液壓測力裝置在各種不同的環(huán)境條件下使用，有著不同的測量條件需要滿足，所以塞給出兩個成套的頂頭，以便在不同的環(huán)境中，可以很好的和被測量物體貼合緊切，可以是測量更加準確。如下圖。圖4 頂頭1

15、 頂頭24.7 液壓油的和選用液壓油的性能直接關(guān)系到改液壓測力機的準確性和精度，本文對此做了較為細致的討論分析。4.7.1 液壓油的主要物理性質(zhì)4.7.1.1 密度密度定義為單位體積的質(zhì)量，即 式中 m液體的質(zhì)量， V液體的體積。4.7.1.2 壓縮性和膨脹性油液的密度是隨著溫度、壓力的變化而變化的，即密度是溫度和壓力的函數(shù)其數(shù)學表達式為： 液體的密度隨壓力和溫度的變化量很小，因此常取臺勞級數(shù)一階展開式來近似表達，即式中，即是液體在壓力為，溫度為時的密度。是液體在壓力為p、溫度為t時的密度。 令 上式為線性化了的狀態(tài)方程。式中k為液體的壓縮率，為液體的熱膨服率。當壓力增加時，密度增加；溫度增加

16、時密度減小。根據(jù)密度定義，將m對微分，因既 在時，的表達式可改寫為V液體的體積液體的初始體積。壓縮率k的物理意義是：當液體的壓力增加單位增量時，體積的相對變化率。壓縮率的倒數(shù)稱為液體的體積彈性模量K，即純液壓油的體積彈性模量K值在，當液體中混入有不溶解的氣體時，液體的體積彈性模量k會大大降低。考慮到一般液壓系統(tǒng)中很難避免混入氣體，所以計算時常取f7XlcpNm2，其計算結(jié)果與實際比較接近。 由于液壓油的可壓縮性很小，所以一般可以忽略。但在高壓以及研究系統(tǒng)動態(tài)性能時，則不能忽略。4.7.2 粘度當油液在外力作用下流動時，由于油液分子之間的內(nèi)聚力和油液分子與固體壁面的附著力，會導致油液分子之間產(chǎn)生

17、相對運動從而在油液中產(chǎn)生內(nèi)摩擦力。油液在流動時產(chǎn)生內(nèi)摩擦力的特性稱為粘性。只有在流動時，油液的粘性才顯示出來，靜止液體則不顯示拈性。4.7.2.1 粘度的單位 粘性的大小可用粘度來衡量。粘度是液體最重要的特性之一，對液壓系統(tǒng)中所用的液壓油的粘度常有較嚴格的要求。粘度一般可用下面幾種不同的單位來表示。 （1）動力粘度 如圖所示，兩塊平行平板間充滿著油液，上平板以速度v向右運動，下平板固定不動。緊貼在上平板的油液粘附在上平板上與上平板一起以速度v運動。緊貼在下平板的油液則粘在于下平板而保持靜止。當兩平板之間距離h較小時，油液速度呈線性規(guī)律分布。因而這時的流動可看作為許多薄體層的運動。由于各層的流動

18、速度不同，流速高的流層會帶動流速低的流層，而流速低的沉層又會阻滯流速高的流層。這樣在流層之間就產(chǎn)生了內(nèi)摩擦力。根據(jù)試驗研究，其液層間的內(nèi)摩擦力F與接觸面積和兩液層的相對速度du正比，與兩液層間的距離d成反比。即或圖5 液體粘性示意圖上式稱為牛頓內(nèi)摩擦定律。式中為動力粘度或內(nèi)摩擦系數(shù)，為單位面積的摩擦力(剪切應力)，為油液相對滑動的速度梯度。 動力粘度的物理意義是：當速度梯度為時單位面積上的內(nèi)摩擦力。如果動力粘度只與液體的種類有關(guān)而與速度梯度無關(guān)，則這種液體稱為牛頓液體，否則為非牛頓液體。液壓油一般為牛頓液體。 在我國法足計量單位中，動力粘度的單位為帕*秒()。即。(2)運動粘度v 是動力粘度與

19、密度之比，即v的法定計量單位為運動粘度v沒有明確的物理意義，但在計算中常用到。由于v的單位中只有運動學要素，故稱為運動粘度。(3)相對粘度(思氏粘度) 由于動力粘度較難直接測量，因此工業(yè)上還常采用相對粘度來度量液體的粘性。液體的相勸拈度又稱條件粒度，是以被測液體的粘度相對于水的粘度的大小程度來表示的。我國用恩氏粘度4.7.3 粘度與壓力的關(guān)系當壓力增加時，液體分子之間距離縮小，內(nèi)聚力增大，粘度也增大。在一般情況下，壓力對粘度的影響較小，可不加考慮。只有在壓力較高或壓力變化較大時才需考慮壓力對粘度的影響，它們之間的關(guān)系為：壓力為時液體的運動粘度；大氣壓力下液體的運動粘度；自然對數(shù)的底；系數(shù)。4.

20、7.4 粘度與溫度的關(guān)系溫度對油液粘度的影響較大。當溫度增加時。液體分子活動能力增強，內(nèi)聚力減小，粘度降低。油液粘度與溫度的關(guān)系稱為粘溫特性。不同的油濃有不同的粘溫特性。在范圍內(nèi)，運動粘度76的礦物油的粘度與溫度的關(guān)系可用以下近似公式計算。式中 時油液的運動粘度；50時油液的運動粘度：n指數(shù)，見表。表1 溫度指數(shù)n 液壓系統(tǒng)是依靠液壓油來傳遞能量的，它的性能會直接影響到液壓系統(tǒng)的工作。對液壓傳動系統(tǒng)治壓油的使用要求可概括如下：粘度合適，隨溫度的變化小工作介質(zhì)粘度是根據(jù)液壓系統(tǒng)中重要液壓元件的油膜承載能力確定的，故應在保證承載能力的條件下，選擇合適的介質(zhì)粘度。工作介質(zhì)的粘度太大，系統(tǒng)的壓力損失大

21、，效率降低，而且泵的吸油狀況惡化，容易產(chǎn)生空穴和氣蝕作用，使泵運轉(zhuǎn)困難。粘度太小，則系統(tǒng)泄漏太多，容積損失增加，系統(tǒng)效率亦低，并使系統(tǒng)的剛性變差。此外，季節(jié)改變，以及機器在啟動前后和正常運轉(zhuǎn)的過程中，工作介質(zhì)的溫度會發(fā)生變化，因此，為了使液壓系統(tǒng)能夠正常和穩(wěn)定地工作，要求工作介質(zhì)的粘度隨溫度的變化要小。（1）潤滑性良好 工作介質(zhì)對液壓系統(tǒng)中的各運動部件起潤滑作用，以降低摩擦和減少磨損，保證系統(tǒng)能夠長時間正常工作。近來，液壓系統(tǒng)和元件正朝高性能化方向發(fā)展，許多摩擦部件處于邊界潤滑狀態(tài)，所以，要求液壓工作介質(zhì)具有良好的潤滑性。（2）抗氧化 工作介質(zhì)與空氣接觸會產(chǎn)生氧化變質(zhì)，高溫、高壓和某些物質(zhì)(如

22、銅、鋅、鋁等)會加速氧化過程。氧化后介質(zhì)的酸值增加，腐蝕性增強，而且氧化生成的粘稠物會堵塞元件的孔、隙，影響系統(tǒng)的正常工作，因此，要求工作介質(zhì)具有良好的抗氧化性。（3）剪切安定性好 工作介質(zhì)在經(jīng)過泵、閥和微孔元、器件時，要經(jīng)受劇烈的剪切。這種機械作用會使介質(zhì)產(chǎn)生兩種形式的粘度變化：即在高剪切速度下的暫時性粘度損失和聚合型增粘劑分子破壞后造成的永久性粘度下降。在高速、高壓時這種情況尤為嚴重。粘度降低到一定程度后就不能夠繼續(xù)使用，因此，要求工作介質(zhì)的剪切安定性好。（4）防銹和不腐蝕金屬 液壓系統(tǒng)中許多金屬零件長期與工作介質(zhì)接觸，其表面在溶解于介質(zhì)中的水分和空氣的作用下會發(fā)生銹蝕，使精度和表面質(zhì)量受

23、到破壞。銹蝕顆粒在系統(tǒng)中循環(huán)，還會引起元件加速磨損和系統(tǒng)故障。同時，也不允許介質(zhì)自身對金屬零件有腐蝕作用，或會緩慢分解產(chǎn)生酸等腐蝕性物質(zhì)。所以，要求液壓工作介質(zhì)具有良好的保護金屬、防止生銹和不腐蝕金屬的性能（5）同密封材料相容 工作介質(zhì)必須同元件上的密封材料相容，不引起溶脹、軟化或硬化，否則，密封會失效，產(chǎn)生泄漏，使系統(tǒng)壓力下降，工作不正常。（6）消泡和抗泡沫性 混入和溶于工作介質(zhì)的空氣，常以氣泡(直徑大于1.0mm)和霧沫空氣(直徑小于O.5mm)兩種形式析出，即起泡。起泡的介質(zhì)使系統(tǒng)的壓力降低，潤滑條件惡化，動作剛性下降，并引起系統(tǒng)產(chǎn)生異常噪聲、振動和氣蝕。此外，空氣泡和霧沫空氣的表面積大

24、，同介質(zhì)接觸使氧化加速，所以，要求工作介質(zhì)具有良好的消泡和抗泡沫性。（7）抗乳化性 水可能從不同途徑混入工作介質(zhì)。含水的液壓油工作時受劇烈攪動極易乳化，乳化使油液劣化變質(zhì)和生成沉淀物，妨礙冷卻器的導熱，阻滯管道和閥門，降低潤滑性及腐蝕金屬，所以，要求工作介質(zhì)具有良好的抗乳化性。（8）清凈度 工作介質(zhì)中的機械雜質(zhì)會堵塞液壓元件通路，引起系統(tǒng)故障。機械雜質(zhì)又會使液壓元件加速磨損，影響設備正常工作，加大生產(chǎn)成本。各種液壓系統(tǒng)工作介質(zhì)都應符合相應清凈度的要求。（9）其他 良好的化學穩(wěn)定性、低溫流動性、抗燃性，以及無毒、無臭，在工作壓力下，具有充分的不可壓縮性。4.7.5 液壓工作介質(zhì)品種的選擇（1）液

25、壓系統(tǒng)所處的工作環(huán)境 即液壓設備是在室內(nèi)或戶外作業(yè)，還是在寒區(qū)或溫暖的地帶工作,周圍有無明火或高溫熱源，對防火安全、保持環(huán)境清潔、防止污染等有無特殊要求。（2）液壓系統(tǒng)的工況 如液壓泵的類型，系統(tǒng)的工作溫度和工作壓力，設備結(jié)構(gòu)或動作的精密程度，系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)時間，工作特點，元件使用的金屬、密封件和涂料的性質(zhì)等。（3）液壓工作介質(zhì)方面的情況 如貨源、質(zhì)量、理化指標、性能、使用特點、適用范圍，以及對系統(tǒng)和元件材料的相容性等。（4）經(jīng)濟性 即考慮液壓工作介質(zhì)的價格，更換周期、維護使用是否方便，對設備壽命的影響等。4.7.6 液壓工作介質(zhì)粘度的選擇（1）意義 對多數(shù)液壓工作介質(zhì)來說，粘度選擇就是介質(zhì)牌號的

26、選擇。粘度選擇適當，不僅可提高液壓系統(tǒng)的工作效率、靈敏度和可靠性，還可以減少溫升，降低磨損，從而延長系統(tǒng)元件的使用壽命。（2）選擇依據(jù) 液壓系統(tǒng)的元件中，液壓泵的載荷最重，所以，介質(zhì)粘度的選擇，通常是以滿足液壓泵的要求來確定。（3）修正 對執(zhí)行機構(gòu)運動速度較高的系統(tǒng)，工作介質(zhì)的粘度要適當選小些。以提高動作的靈敏度減少流動阻力和系統(tǒng)發(fā)熱。4.7.7 使用要求 內(nèi)容或措施4.7.7.1 日常維護（1）保持環(huán)境整潔，正確操作，防止水分、雜物或空氣混入。（2）含水型液壓液的使用溫度不要超過規(guī)定值，以免水分過度蒸發(fā)。要定期檢查和補充水分，否則，其理化性質(zhì)會發(fā)生變化，影響使用，甚至失去難燃性，成為可燃液體

27、。（3）對磷酸酯要特別注意防止進水，以免發(fā)生水解變質(zhì)。4.7.7.2 安全（1）使用液壓油要注意防火安全。（2）磷酸酯有極強的脫脂能力，會使觸及的皮膚干裂。誤觸后應立即用流水、肥皂清洗。5 幾個關(guān)鍵問題的討論研究5.1 活塞與缸筒間的內(nèi)泄分析活塞與缸筒間的密封，不像活塞桿密封圈破壞那樣油液流到外面，引起人們的注意。因而，微量的內(nèi)泄往往被忽視。但泄漏量多會引起測力裝置的測量不準確。這種微量的內(nèi)泄漏也會使流體積存到兩個密封圈之間而產(chǎn)生壓力。這種壓力有時達到很高。甚至把密封件從密封安裝槽中擠出，使密封件破損，最終導致測力裝置失效，這種現(xiàn)象為背壓引起的損壞。在這種狀態(tài)時，活塞和缸體接合面不可能密封，這

28、就導致缸體內(nèi)泄，引起測量不準確，或根本無法測量。產(chǎn)生背壓的原因分析有以下幾點：(1)活塞密封安裝槽前擋肩設計時與缸體間隙過大，有時達3 mm，加之密封件材料本身不符合要求，加劇了密封件由背壓造成的擠出，咬唇而損壞。(2)活塞密封件和滑動面出現(xiàn)傷痕時引起的背壓。(3)活塞不良引起的背壓損傷，這主要指活塞密封安裝槽的表面粗糙度達不到要求，在反交力加壓、減壓以及密封圈與缸體間的磨擦引起密封件破損產(chǎn)生背壓的。解決這種背壓的措施，如在密封圈的擋板上開孔，易于流體流出，或在“Yx”形密封圈槽中加入尼龍支承等，這樣都有效地防止背壓引起的破壞。工程機械液壓油缸的關(guān)鍵在于密封型式的選擇。如果我們不掌握密封型式的

29、選用原則和注意事項，是難以達到預期的設計要求和使用效果的。5.2 壓力表對液壓測力裝置測定值的影響分析 壓力表測量范圍的影響液壓千斤頂額定上限壓力一般在(5060)MP之間，而生產(chǎn)廠家所選擇的配套壓力表測量范圍多為(O一6O)MPa，這意味著正常使用時，工作壓力會達到壓力表測量上限的(90100)，這就帶來很大的隱患，無法保證測量結(jié)果的準確性和長期可靠性。按規(guī)定，使用壓力表測量壓力時，被測壓力不得超過壓力表測量上限的34，一只測量范圍為(O60)MPa壓力表，其正常線性工作區(qū)域在45MPa以下。如果液壓千斤頂需控制的壓力超過45MPa，壓力表彈性敏感元件就處于疲勞極限區(qū)，工作時極易損壞，無法保

30、證測量結(jié)果的準確性和長期可靠性。另外，根據(jù)JJG521999彈簧管式一般壓力表、壓力真空表和真空表檢定規(guī)程規(guī)定，一般壓力表的允許誤差在其測量上限的(90100)范圍內(nèi)，允許降低一級計算。這就意味著在檢定一塊1。6級、(O6o)MPa的一般壓力表時，雖然其允許誤差為±O。96MPa，但在(5460)MPa區(qū)間，其誤差即使達到±1。5MPa依然可以判定其為合格。一般壓力表檢定中的這一特殊規(guī)定，也是造成液壓千斤頂上限壓力示值失準的重要原因之一。由此可見，選擇配套壓力表時，應以測力裝置上限壓力的(140200)來確定壓力表的測量上限為宜。如考慮到壓力表的彈性后效影響，最好以測力裝置

31、額定上限壓力的200來確定壓力表測量上限。這就意味著，如果液壓千斤頂需控制的上限壓力在(5060)MPa之間，選擇測量上限為100MPa的壓力表比較合適。5.2.2 壓力表準確度等級和分辨力的影響根據(jù)GB500102002混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范和GB502042002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范，預應力張拉錨固后實際建立的預應力值與工程設計規(guī)定檢驗值的相對允許偏差應在±5內(nèi)。然而，由于在實際測量過程中受設計規(guī)定、施工方法、檢測手段、配套儀表、環(huán)境等因素影響，檢測結(jié)果的可靠性和準確性也將受到較大影響。特別是對小負荷點,如在10MPa這一點時，壓力表的±1。6MPa誤差值，就意味

32、著測力裝置的相對誤差高達16。同時，不同等級的壓力表其最小分辨力也不同。以(O一100)MPa壓力表為例，O。4級的精密壓力表最小分度值為O。5MPa，由于指針刀鋒垂直于表盤，因而可估讀到最小分度值的110，故其最小分辨力為0。05MPa；而1。6級的一般壓力表最小分度值為2MPa，指針刀鋒平行于表盤，因而只能估讀到最小分度值的15，其最小分辨力為0。4MPa。由此可見，由分辨力帶來的估讀誤差影響也不容忽視。 壓力表配套檢定時的影響在檢定條件完全相同的情況下，僅僅由于壓力表的選擇不同，其對液壓式測力裝置測量結(jié)果準確度的影響就不容忽視。 不確定度分析分析液壓測力裝置的過程，其測量結(jié)果不確定度來源

33、主要有以下幾方面：（1）應變式標準測力儀引入的標準不確定度分量 。（2）被檢液壓千斤頂檢定重復性引入的標準不確定度分量 。（3）溫度變化引入的不確定度分量。（4）示值估讀不準確引入的不確定度分量 。（5）數(shù)據(jù)修約引起的標準不確定度分量 。5.3 缸桶系統(tǒng)的“有效面積”理想地說，對產(chǎn)生力有決定意義的缸塞系統(tǒng)的有效面積，應相當于活塞與油缸基本面積的平均位。這一理想情況是以下述假設為先決條件的，即缸塞系統(tǒng)的制造、間隙中的壓力降或與壓力有關(guān)的變形均不會造成此系統(tǒng)直徑的變化；然而事實并非如此。盡管缸塞系統(tǒng)的直徑變化，已有可能減少到小于1微米的數(shù)值，但是要想消除缸塞系統(tǒng)在高壓下的變形，卻是完全不可能的。缸

34、塞系統(tǒng)的變形，是由油缸內(nèi)徑的增加和活塞直徑的減小構(gòu)成的，它會導致有效面積系統(tǒng)性的放大，這種放大與壓力數(shù)值有關(guān)。按減小摩擦力的影響的觀點，在液壓式標推測力機小只使用無密封的缸塞系統(tǒng)，因而間隙中的壓力特降低到大氣壓。正如周密的研究所表明的那樣，這種壓力降在一次近似條件下可認為是線性的。但是，作為直徑變化的結(jié)果，在間隙中的優(yōu)勢壓力還會產(chǎn)生附加力。因此，缸塞系統(tǒng)購“合效面積”這個術(shù)語的意義應加以引申，以便于指定一種表現(xiàn)的有效面積，此表觀面積足由包括作為壓力(用于產(chǎn)生力)函數(shù)的所有面積組成的。5.3.1 缸由變形的數(shù)學表述為了推導出有效面積的表述方程，必不可少的是先要考慮一下缸塞系統(tǒng)的變形問題。油缸的擴

35、大： 活塞的縮?。簆作用于缸內(nèi)壁上的壓力油缸的內(nèi)半徑；油缸的外半徑；泊松常數(shù)；E彈性摸量；活塞的半徑；基壓。 雖然，在此無需推導這兩個方程，不過府當指出，曾對油缸的擴大方程做過檢驗，實驗結(jié)果與理論演是非常符合的。替代量、及，對于以后的有效面積方程是十分重要的。而這些替代量又和許多問題密切相關(guān)，例如，若活塞是小空的，或者油缸上裝有另一種材料制成的襯套，或者油缸的幾何尺寸不對稱，則就很難確定這些替代量。在這些情況下，計算是非常不確定的。所以，想指出一種實驗的方法，以便能借助于測量漏油量來計算這三個常量。流過缸塞系統(tǒng)間隙的漏油量Q，在液壓中通常用下式計 算：式中，缸塞半徑的平均值； 間隙的有效長度；

36、 間隙的寬度；油液的粘度。 有效面積的確定 為了確定有效面積，在下面的推導過程中將要考慮諸如直徑變化、壓力降及變形這些實際上已獲知的所有參數(shù)。這樣，最終的計算方法和方程，就可用于所有的缸塞系統(tǒng)中去。 下圖所示為一缸塞系統(tǒng)的各段宜徑。實線代表變形前的系統(tǒng)，是通過對活塞與油缸進行實閱而得到的，r表示變形前的半徑；虛線代表在壓力p下發(fā)生變形后的缸塞系統(tǒng)，R表示變形后酌半徑。由于制造公差，直徑變化不可能是一種數(shù)學上的連續(xù)因數(shù)，因而各段直徑部近似地面成宣線。這些直線用線性方程與表示：式中；：z缸塞的軸；作為z的函數(shù)的活塞半徑；作為2的函數(shù)的油缸半徑。圖6 油缸與活塞的直徑段6 結(jié)論本文設計的一種液壓式測

37、力裝置，用它既可以測量圓形二物體之間的夾緊力，通過改變前后頂頭的形狀，又可用來測量非圓柱形物體之間的夾緊力，而且通過裝置上的壓力表可直接讀出被測量物體之間夾緊力的大小。裝置結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便。測力裝置的構(gòu)成及工作過程測力裝置結(jié)構(gòu)如圖所示。在使用前，針對被測量物體的形狀制作兩個頂頭，使兩個頂頭與被測物體之間能很好地貼合。同時頂頭18與活塞12用螺紋連接，頂頭13與底座1 用沉頭螺栓連接，這樣就使兩個頂頭與裝置構(gòu)成一體。欲測量某物體之間夾緊力的大小，先通過把手10 圖6 液壓測力裝置的成品將該裝置放置在被測量物體之間，然后通過單向閥9向缸體的左腔內(nèi)注入液體，直至兩個頂頭剛好與被測量物體貼

38、合良好并使該裝置處于被測量物體之間，此時停止對單向閥9注入液體。為了注入液體時利于空氣的排出，可在缸體17上部某處設置排氣螺塞，待排完氣后密封住。此時將壓力表回零，這樣就完成了測量前的準備工作。開始測量時，被測量物體通過兩個頂頭，將活塞12向內(nèi)擠壓，活塞12將先前的液體壓縮，通過壓力6上的讀數(shù)就可直接讀出被測量物體之間夾緊力值的大小。由于在該裝置中缸體的內(nèi)徑d 是一個定值，而夾緊力的大小等于液體的壓力乘以活塞的橫截面積，通過壓力表6中數(shù)值的設定，就可直接讀出被測量物體之間夾緊力值的大小。測量完后，將被測量物體外所施加的力去掉，然后調(diào)節(jié)頂頭 18與活塞 12的相對位置，移出測力裝置，從而完成對物

39、體夾緊力值的測量。在該測力裝置中，連接頭 14與底座 1之間用球鉸鏈連接的方式，可使該裝置與被測量物體之間有較好的自適應性，以便與被測量物體有良好的接觸。另外連接頭14與缸體17之間采用螺紋連接，也使得長度L有一定的調(diào)節(jié)余量，調(diào)節(jié)完后用鎖圈5將二者鎖緊?；钊?12與缸體 17采用2個O形密封圈密封，防止液體漏出。為防止活塞 12從缸體17和中脫出，在缸體上設置有阻擋螺釘11 ，并在活塞 12上開與阻擋螺釘11相應的長槽，若不用時，可卸掉單向閥9將缸內(nèi)的液體倒出。該液壓測力式裝置如需要，可成為系列產(chǎn)品，本說明屬附的圖紙行程為100mm，鋼桶內(nèi)徑為160mm，使用范圍為20100mm，根據(jù)F=PxS，可得出該液壓測力裝置的測力極限為3.2x10+4牛的力，但考慮到靈敏度的問題，該磁力裝置的測力范圍1x10+43.2x10+4牛的力?？筛淖冧撏暗闹睆礁淖儨y力范圍與改變鋼桶的行程改變可生產(chǎn)各個型號的系列產(chǎn)品。6.1 優(yōu)點與創(chuàng)新本裝置經(jīng)過筆者的研究，與理論上不斷驗證，于以往的液壓測力機相比，還是有很大的優(yōu)點于創(chuàng)新。該液壓測力式裝置簡單靈活，便于攜帶于維修。由于分為較多的系列產(chǎn)品，測量值較為準確，制造簡單，成本較低。6.2 不足與缺憾該液壓測力式裝置也具有不少性能設計上的不