[发明专利]用于板框式液压机机架的预紧力参数优化方法及机架装置

权利要求书

1.一种用于板框式液压机机架的预紧力参数优化方法，其特征在于，其包括如下步骤：

S1、确定板框式液压机机架结构中预紧力的大小：

S11、根据实际工程情况，对O型板框的受力进行分析，做出O型板框拆分后的受力及变形简图，在加载过程中，O型板框纵向侧边框的压缩回弹量ΔL₁与第一拉杆的再伸长量ΔL₂相等，即ΔL₁＝ΔL₂，具体表达式为：

式中，F₀为单侧第一拉杆的预紧力的合力；F₁为承载时侧边框所受轴向压力；F₂为承载时单侧第一拉杆受到的拉力；A₁为单侧纵向侧边框截面面积；A₂为单侧第一拉杆的截面面积之和；H₁为O型板框侧边框的净高度，即O型板框横向上下边框间距；H₂为第一拉杆的有效长度，即第一拉杆的上下预紧螺母间距；E为弹性模量；

S12、计算第一拉杆和O型板框的纵向侧边框的拉压刚度比m，令m为O型板框单侧第一拉杆和纵向侧边框的拉压刚度比，计算表达式为：

式中，m为单侧第一拉杆和纵向侧边框的拉压刚度比；A₁为单侧纵向侧边框截面面积；A₂为单侧第一拉杆的截面面积之和；H₁为O型板框侧边框的净高度，即O型板框横向上下边框间距；H₂为第一拉杆的有效长度，即第一拉杆的上下预紧螺母间距；

S13、将步骤S12中得到的拉压刚度比m与理想状态下板框式液压机机架结构的变形平衡条件相结合，求得第一拉杆的预紧力和承载后第一拉杆受到的拉力；

在步骤S13中，单侧第一拉杆预紧力合力的具体获得步骤如下：

S131、由步骤S11和S12得到：

F₂-F₁＝(1+m)(F₀-F₁)

式中，m为单侧第一拉杆和纵向侧边框的拉压刚度比；F₀为单侧第一拉杆的预紧力的合力；F₁为承载时侧边框所受轴向压力；F₂为承载时单侧第一拉杆受到的拉力；

S132、根据平衡条件可知，在板框式液压机机架结构承载状态下，有如下表达式：

理想状态下，板框式液压机机架结构承载时，纵向侧边框压缩回弹量等于预压缩量，此时侧边框未承受应力，即F₁＝0，得：

式中，α为液压缸和工作台与O型板框横向上下边框的接触跨度比；L为O型板框横向上下边框长度，即纵向侧边框中心线间距；q为上下边框单位长度承载压力；

S133、将上式代入步骤S131中，得到单侧第一拉杆预紧力合力大小表达式为：

式中，F₀为单侧第一拉杆的预紧力的合力；m为单侧第一拉杆和纵向侧边框的拉压刚度比；α为液压缸和工作台与O型板框横向上下边框的接触跨度比；L为O型板框横向上下边框长度，即纵向侧边框中心线间距；q为上下边框单位长度承载压力；

S2、确定预紧力在板框式液压机机架结构中的具体施加位置：

S21、分别计算实际工作载荷和步骤S13中承载后第一拉杆受到的拉力对O型板框的变形影响，同时，引入交互变形系数λ₁、λ₂，分别计算O型板框中横向上、下边框转角的弯矩，并采用叠加法计算O型板框的纵向侧边框的变形大小，交互变形系数表达式如下：

式中，λ₁、λ₂为横向上、下边框交互变形系数；A＝γ²+2γ(K₁+K₂)，B＝3K₁K₂；γ为O型板框纵向侧边框高度H与O型板框横向上下边框长度L之比，γ＝H/L；K₁为纵向侧边框抗弯刚度EI与横向上边框抗弯刚度(EI)₁之比；K₂为纵向侧边框抗弯刚度EI与横向下边框抗弯刚度(EI)₂之比；

在步骤S21中，所述O型板框的纵向侧边框的变形大小的具体确定步骤如下：

S211、在O型板框横向上下边框的尺寸一致时，即K₁＝K₂＝K，λ₁＝λ₂＝λ，同时，板框式液压机机架只承受工作载荷时，O型板框的转角的弯矩的表达式为：

式中，M₁为工作载荷对O型板框的转角的弯矩；α为液压缸和工作台与O型板框横向上下边框的接触跨度比；L为O型板框横向上下边框长度，即纵向侧边框中心线间距；q为上下边框单位长度承载压力；λ为交互变形系数；

S212、在板框式液压机机架承载时，第一拉杆所受拉力F₂对O型板框的转角的弯矩为：

式中，M₂为第一拉杆的拉力F₂对O型板框的转角的弯矩；α为液压缸和工作台与O型板框横向上下边框的接触跨度比；β为预紧力位置比；L为O型板框横向上下边框长度，即纵向侧边框中心线间距；q为上下边框单位长度承载压力；λ为交互变形系数；

S213、结合上述步骤S211和S212，在给定预紧力情况下，O型板框承载后，其转角的弯矩为：

M₀＝M₁+M₂

其纵向侧边框中点水平变形为：

式中，W为O型板框纵向侧边框中点水平变形；M₁为工作载荷对O型板框的转角的弯矩；M₂为承载时单侧第一拉杆受到的拉力F₂对O型板框的转角的弯矩；M₀为给定预紧力下，O型板框承载后转角的弯矩；I为O型板框纵向侧边框的截面惯性矩；

S22、根据承载后O型板框变形最小的原则，计算在工作载荷、预紧力、结构尺寸参数一定的情况下，预紧力在O型板框上施加的具体位置，由此可得，预紧力位置比β与接触跨度比α的关系式：

式中，α为液压缸和工作台与O型板框横向上下边框的接触跨度比；β为预紧力位置比。

2.根据权利要求1所述的用于板框式液压机机架的预紧力参数优化方法，其特征在于，在步骤S22中，在理想状态下，O型板框纵向侧边框中点水平变形W＝0，由步骤S21中的计算过程得水平变形W的具体表达式为：

根据O型板框纵向侧边框中点水平变形W的具体表达式，可知M₁＝-M₂，(3-3α+α²)＝48β²(1-β)²；

式中，M₁为工作载荷对O型板框的转角的弯矩；M₂为承载时单侧第一拉杆受到的拉力F₂对O型板框的转角的弯矩；α为液压缸和工作台与O型板框横向上下边框的接触跨度比；β为预紧力位置比，即预紧力施加位置距纵向侧边框中心线的距离与横向上下边框长度的比；H为O型板框纵向侧边框高度，即横向上下边框中心线间距。