由于水的最高压力可达到500MPa,管子内径范围为10~110mm,液压胀管应用了 Mises 推导的公式作为计算基础,该公式是假设圆筒受内压或外压而产生的应力为平面应力,同时,材料在超过屈服限以后,以没有应变刚的形态产生塑性流动(这对于塑性变形量很小的胀管工程来说是足够精确的)。管子是一个真实圆筒,而管板是一假设的圆筒,其内半径为孔半径,外半径为其相邻各孔的分布内圆(见图 3),即管板孔间距
与孔半径之差。
通过公式推导,得出管子外纤维达到塑性变形时的内压为:Pi a = σ FR (μ p 2 -1)/2 (1)式中:σ FR = 管子材料的屈服极限U R =rd/ri在管板孔内壁和管子外壁扩张后弹性恢复值相同(即管子和管板孔此时间隙为零而无过剩的贴紧比压)的情况下,胀管压力为:
Po=2σFR (μ p2 -1)/[(3μr 4 +1)1/2 μp 2 (1+μ)+1-μ]+ σ FR (μ R 2 -1)/2
μ p =Ra/Ri
μ =材料泊松比,一般取μ =0.3
为使管子在管板孔中进一步贴紧,必须增加胀管压力,为了避免过大的内压造成相邻管孔产
生塑性变形,利用下述公式可以计算出胀管的极式中σFp = 管板材料的屈服极限其余与上式相同。胀接后,管子与管板的贴紧比压力P H 和管子的拉脱力P R 可以通过公式计算:
P H =1/{1+[(μ p 2 -1)/ (μ R 2 +1)]·[μ p 2 (1-μ)+1+μ]/[μ p 2 (1+μ)+1-μ]}·(P i -P o )
式中:Pi=实际胀管压力
PR=2π·ra·L·P H ·f (5) 式中:L= 胀接长度 f=材料间的摩擦系数。
注:注:胀接压力的计算公式是以平面应力为基础,管板的形状被假定为带孔的圆环。实际上胀接长度一般均小于管板厚度,管桥处对圆环起支撑作用,以及材料应变刚等的影响,计算时引入一系数β,可以使计算结果更接近实际。
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