阻尼器试验台架液压夹紧装置的分析设计

      阻尼器是一种对速度反应灵敏的振动控制装置,广泛应用于核电厂、火电厂、化工厂、钢铁厂等的管道及设备,控制冲击性的流体振动(如主汽门快速关闭、安全阀排放、水锤、破管等冲击激扰)和地震激扰的管系振动^[1,2]。我国在2010年前将建造15座左右的百万千瓦级核电站,对阻尼器的需求非常大。液压阻尼器在与防冲击振动设备连接之前,必须对其性能进行考核,以保证将性能合格的产品用到设备上,做到万无一失,为此需要研究相应的试验台。

    所研制的阻尼器综合性能试验台主要由3部分组成:油源、试验台架和测控系统。如图1所示为试验台架的结构图,主要组成部分包括首支座1、前支座3、可移动横梁9、导向柱4、平台8、直线导轨6、夹紧液压缸7和作动器2等。首支座、前支座将作动器固定并安装在平台8上。横梁可以沿导向柱滑动,从而根据需要调节试验空间。当试验台工作时,可移动横梁在夹紧液压缸的压力作用下产生一定的变形,从而使得横梁与导向柱产生接触,此时,横梁与导向柱间的接触摩擦力就是试验台的夹紧力。根据试验台的性能要求,该试验台应该承受的最大静态载荷大小为1 000 kN。因此,计算出来的夹紧力应大于这个最大静态载荷,并留有一定的安全系数,才能保证试验台安全工作。在试验过程中,首支座、前支座、可移动横梁、导向柱组成一个刚性框架,阻尼器的受力相当于框架的内力,2个导向柱、横梁、首支座和前支座是主要的受力部件^[3]。

    同一般丝杠螺母固定方式相比,液压夹紧方式的空间调节要方便得多,同时导向柱为2根光柱,在安装时无需加预紧力来消除螺纹间隙。

    为了使得液压夹紧可靠,而且又不因选择过高的工作压力和过大的夹紧缸而浪费能源,液压夹紧装置的合理设计非常关键^[4]。

    1　液压夹紧机构有限元分析设计

    1.1　夹紧机构三维有限元模型的建立

    1)夹紧机构的实体有限元模型　由于夹紧机构的几何结构和外部施加的载荷都是对称的,取结构的1/2建立三维有限元模型,以减小计算时间和存储空间。采用APDL语言直接生成夹紧机构的实体模型。模型简化后采用单元SOLID186进行映射和自由网格划分,网格划分结果为SOLID186单元总数15 508个,节点总数27 920个,生成的三维有限元实体模型如图2所示^[5-6]。

    2)接触单元　对于夹紧机构接触部分采用面-面接触单元来模拟,选用高阶的面-面接触单元:TARGE170和CONTAC174。确定可移动横梁与导向柱接触对的接触刚度均为0.1,摩擦副间摩擦因数取0.2。