液压系统油箱的优化设计方法研究

　　0 引 言

　　在液压传动系统中，油箱的主要功能是贮存液压系统循环所需的油液，散发液压系统工作时所产生的热量，释放混在油液中的气体和作为液压元件安装的基础. 油箱中的油液必须是符合液压系统要求的清洁油液，因此应能够及时方便地去除油液中沉淀的污物. 从结构特征看，油箱有开式和闭式等不同结构，其中单独设置的开式油箱，可以减少油液发热和液压泵的振动对主机的影响，在矿山机械中得到了广泛应用. 关于液压系统开式油箱的设计方法，目前主要是基于经验的类比设计方法^{[1 -9]}，大多数情况下只进行简单的容积或散热计算，没有对油箱的构件进行详细的受力分析，许多机械设备中的油箱结构和大小并不是科学合理的. 由于没有进行严密的力学分析，所以油箱的设计质量在很大程度上取决于设计者的经验，特别是对油箱底板、侧板和盖板厚度的设计，过厚会使油箱太重，过薄则发生挠曲变形，不仅影响油箱的外形美观，而且会降低使用寿命. 因此，研究液压系统油箱的优化设计方法，对于提高液压系统结构设计的技术水平具有重要意义.

　　1 油箱底板的受力与变形

　　油箱由底板、侧板、盖板和隔板等主要构件组成. 油箱中的隔板是插入油液中的挡板，起到引导油液流动的作用，由于油箱中油液流动的速度很低，挡板两边的油液压力差很小，因此认为隔板基本不受外力 ( 本身的重力除外) 作用，其厚度可参照侧板的厚度来确定. 油箱的侧板受油液静压力作用，而且压力的大小随油液深度成线性关系变化，在其下边缘达到最大值. 油箱的底板可视为受均布载荷作用的薄板，这种均布载荷的大小与侧板下边缘的压力相等，而且随油液深度增大而增大. 从工艺角度考虑，侧板与底板厚度一般应相等，因此，只要能够合理设计底板的厚度，其余各板的厚度可随之确定.

　　设油箱底板的边长为2a 和2b，且a >b，厚度为t，且t远小于2a 和2b，底板的上表面上作用有均布载荷pd( 为分析方便，此处不考虑底板本身的重力) ，底板的边焊接在油箱侧板上，由于侧板的板面平行于底板的侧面，因此在垂直方向上的刚度足够大，故可以把油箱底板简化成四边夹支或简支、并受均布横向载荷pd作用的薄板，其力学模型如图1所示. 因篇幅所限，此处只讨论视油箱底板为四边夹支薄板的情况.

　　为使液压系统正常工作，在液压油静压力的作用下，油箱底板不能有太大的变形，因此把油箱底板的弹性变形按四边夹支薄板的小挠度问题进行求解. 按照图1 所取的坐标系，假定用w 表示薄板中面上任意一点的挠度，则边界条件为