抗偏载液压缸静压支承特性研究

抗偏载液压缸静压支承特性研究

訚耀保;陶陶;朱康武;陆亮

【摘要】The radial force will affect the response speed and control precision of hydraulic cylinder because it causes large friction force in the hydraulic cylinder seal. Large friction force is easy to cause hydraulic cylinder crawl, leak-age or even failure. Utilizing hydrostatic bearing seal can balance the radial partial load. The paper firstly analyzes the radial force in a hydraulic cylinder of rocket thrust vector control system. Based on the relationship between radi-al force and the weight of hydraulic cylinder as well as the swing angular, the paper establishes hydrostatic bearing flow model and explores pressure characteristics and temperature characteristics. Finally, the paper obtains some fac-tors which can provide theoretical guidance when optimizing the hydrostatic bearing parameters, such as oil pres-sure, temperature, eccentricity etc.%径向偏载力影响液压缸的响应速度和控制精度，液压缸密封处摩擦力大易造成低速爬行、泄漏甚至失效。采用静压支承密封方式可平衡径向偏载。在分析火箭推力矢量控制系统用液压缸的偏载力与液压缸自重及其摆动角加速度关系的基础上，通过静压支承流场模型探讨压力特性及温度特性，得到了采用静压支承时偏载能力影响因素，包括供油压力、温度、偏心等，为优化静压支承参数提供理论依据。

【期刊名称】《流体传动与控制》

【年(卷),期】2016(000)006

【总页数】7页(P12-18)

【关键词】抗偏载液压缸;静压支承;压力特性;温度特性

【作者】訚耀保;陶陶;朱康武;陆亮

【作者单位】同济大学机械与能源工程学院上海 200092;同济大学机械与能源工

程学院上海 200092;上海航天控制技术研究所上海 201109; 上海伺服系统工程技术研究中心上海 201109;同济大学机械与能源工程学院上海 200092

【正文语种】中文

【中图分类】TH137

（1.同济大学机械与能源工程学院上海 200092 2.上海航天控制技术研究所上海201109 3.上海伺服系统工程技术研究中心上海 201109）

液压缸是液压系统的执行机构，也是系统中动态响应最低的环节，其性能的好坏直接影响系统控制精度和响应速度［1］。液压缸设计时，一般只考虑承受轴向力，而通过两端铰接的方式来平衡径向力。但在实际工况中，液压缸要承受一定的径向偏载。径向偏载会使液压缸密封处摩擦力增大，影响响应速度和控制精度，造成低速爬行、泄漏甚至密封失效等。

导致液压缸承受径向力的工况可分为四类：径向摆动、铰链摩擦力、轴向力与液压缸轴线不平行、活塞杆重力方向与安装轴线不重合。

1）液压缸存在径向摆动：火箭推力矢量控制系统在摆动的过程中，液压缸受到径向惯性力的作用。

2）液压缸铰接处的摩擦力：在液压缸改变角度时，铰接处的摩擦力会影响液压缸的转动，当液压缸承受的轴向载荷较大导致摩擦力矩不能忽略时，为平衡该力矩，存在径向力。如冶金连铸机钢包回转台有两个对称分布的液压缸，在托举的过程中，液压缸与托臂之间的夹角发生变化，导致径向力[2]。此外，活塞杆铰接球头润滑

失效造成球头烧结时，容易产生摩擦阻力和径向力。

3）轴向力与液压缸轴线不平行：液压缸采用铰接安装时，铰接副多为销轴和耳环。销轴和耳环为间隙配合，容易造成销轴轴线和耳环孔轴线不平行，从而产生径向力[3]。

4）活塞活塞杆重力方向与安装轴线不重合：如卧式液压缸由于活塞与活塞杆组件自重较大，导致偏心力。

本文提出采用静压支承方式来平衡液压缸活塞杆径向偏载的方法，分析火箭推力矢量控制系统用液压缸偏载力，建立液压缸的活塞杆处静压支承密封模型，分析静压支承密封处流场的压力特性、温度特性，为静压支承液压缸参数优化提供参考。

火箭飞行过程中通过改变火箭喷管发动机喷射方向来实现飞行方向的改变。图1

为火箭推力矢量控制系统的执行机构示意图。

液压缸两端采用铰接方式，活塞杆与发动机喷管相连，通过液压缸的推力来实现发动机喷管的左右摆动，以此来改变喷射方向，喷管摆动幅度为±6°。发动机喷管在摆动的同时带动液压缸上下摆动，由于液压缸在摆动过程中活塞杆方位发生了改变，因此液压缸有径向加速度导致径向惯性力。将图1简化并进行受力分析，见图2

所示。L为液压缸初始状态时的总长，∆L为液压缸的伸长量，H为喷管与液压缸

铰接处距喷管摆动中心的高度，α为发动机喷管摆动角，β为液压缸摆动角。

如图2所示，液压缸构件的力矩平衡式为：

式中，F2为液压缸所受的径向合力；

G为液压缸自重；

J为液压缸转动惯量；

β¨为液压缸摆动的角加速度。

因此，液压缸受到的径向合力为：

式中，