基于Workbench的AGC伺服液压缸结构优化设计

【102】?第37卷?第3期?

2015-03(上)基于Workbench 的AGC 伺服液压缸结构优化设计

The rolling mill aGC servo hydraulic cylinder structure

optimization design based on the Workbench

赵 康，傅连东，刘 良，湛从昌

ZHAO Kang, FU Lian-dong, LIU Liang, ZHAN Cong-chang

（武汉科技大学 机械自动化学院，武汉 430081）

摘 要：针对某钢厂AGC伺服液压缸出现的故障进行有限元分析。利用Workbench软件完成优化设

计，得到优化结果，并与优化前的结果进行对比。分析结果显示优化后的结构最大应力值减

小，满足设计要求。并有效的减少了液压缸的质量。

关键词：AGC伺服液压缸；有限元分析；优化设计

中图分类号：TH12 文献标识码：B 文章编号：1009-0134(2015)03(上)-0102-02Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2015.03(上).33

收稿日期：2014-09-13

基金项目：国家自然科学基金（51475338）；湖北省自然科学基金创新群体项目（2014CFA013）

作者简介：赵康（1990 -），男，湖北当阳人，硕士研究生，研究方向为机电系统动态设计及故障诊断。

0 引言

轧机伺服液压缸是AGC 液压系统中的执行元件，工作在

AGC 液压系统的闭环回路中，是回路中的一个关键环节，

其性能指标直接影响系统的精度和动、静态品质[1]。因

此从轧机AGC 液压缸本身的研究出发，引入有限元优化

设计方法，对优化伺服液压缸的设计，提高液压缸本身

和系统的可靠性有着很大的帮助[2]。

1 AGC 轧机伺服液压缸缸体结构优化设计

1.1 轧机AGC 伺服液压缸出现的故障

某钢厂轧机AGC 伺服液压缸如图1所示。该液压缸

结构为活塞式，活塞直径为φ=1450mm ，液压缸缸底

外直径D=1850mm 缸底厚度h=215mm ，缸底与缸壁之

间圆弧半径R=15mm ，设计工作压力23MPa ，测试压力

30MPa ，设计寿命8年，液压缸缸底有900mm 宽的平面支

撑。该液压缸在使用过程中，沿缸底与缸筒交界处上，

以及在进出油口附近区域出现了大段裂纹如图2所示。

轧机AGC 伺服液压缸是通过精加工而成，缸底与缸

筒交界处及油口附近的应力集中及工作过程中频繁的冲

击导致了此处出现大段裂纹。为了解决这种故障，设计

者提出了一种改进方案：轧机AGC 伺服液压缸缸体壁厚

加100mm 、缸底厚度加50mm 。

此改进方案是根据设计者的经验给出的，具有一定

的裕度。轧机AGC 伺服液压缸从缸底到缸壁的过渡区域产生弯曲应力并有应力集中，此处圆弧半径太小是缸底破裂的主要原因之一，而此次改进的方案只是增大壁厚和底厚并没有改变过渡圆弧的半径。盲目的增大缸壁和缸底的厚度往往会造成材料资源的浪费和设计成本的提

高，所以改进方案不是最佳。所以对液压缸进行优化分图1 AGC 伺服液压缸缸底图2 AGC 伺服液压缸缸底进出油口处裂纹