碳纖維復(fù)合材料在液壓油缸上的應(yīng)用

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)過(guò)一系列熱處理轉(zhuǎn)化而成，含碳量高于90%的無(wú)機(jī)高性能纖維，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼?zhèn)浼徔椑w維的柔軟可加工性，是新一代增強(qiáng)纖維。

碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）制成的產(chǎn)品憑借低密度、耐腐蝕和高疲勞性能在工程機(jī)械、航空航天等行業(yè)的應(yīng)用不斷增加。復(fù)合材料疲勞強(qiáng)度顯著提高，對(duì)承受變幅載荷的結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)是十分可貴的。除此之外，復(fù)合材料還具有耐沖擊、容傷性（發(fā)現(xiàn)裂紋后仍可承受載荷，破壞前也有征兆）、二次損壞小并且易成型加工等優(yōu)點(diǎn)。

隨著經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程機(jī)械需求量大幅度增長(zhǎng)，而液壓油缸是各種工程機(jī)械、煤礦機(jī)械、特種車(chē)輛和大型機(jī)械的專(zhuān)用部件。這對(duì)工程機(jī)械的臂展高度也提出了嚴(yán)格要求。但是現(xiàn)有技術(shù)中存在的全金屬液壓油缸的重量大，且強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能不理想的問(wèn)題，全金屬液壓油缸逐漸不能滿(mǎn)足使用的需求，因此碳纖維材質(zhì)逐漸被發(fā)掘與應(yīng)用。

通常工業(yè)上廣泛應(yīng)用的液壓缸基本結(jié)構(gòu)由缸頭、缸蓋、缸筒、活塞、活塞桿、導(dǎo)向套、密封件和拉桿組成。缸頭和缸蓋通常由軋鋼或鑄鐵制作。缸筒通常是采用無(wú)縫鋼管，內(nèi)孔加工到很高的表面光潔度?；钊蠖鄶?shù)由鑄鐵或鋼制作，采用若干種方法把活塞固定于活塞桿上。本文所研制的碳纖維復(fù)合材料液壓缸由缸筒、活塞桿、碳纖維耳環(huán)和端蓋等部件組成，其中缸筒由金屬缸筒內(nèi)襯和碳纖維復(fù)合材料增強(qiáng)層組成，增強(qiáng)層由T700碳纖維增強(qiáng)熱固性樹(shù)脂基體復(fù)合材料，采用纏繞成型工藝制造。

活塞桿由金屬外襯、內(nèi)增強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料、金屬活塞和碳纖維連接環(huán)組成。其缸筒內(nèi)襯、活塞外襯均由27SiMn鋼管機(jī)加而成，活塞和端蓋由137不銹鋼棒機(jī)加而成。油缸的密封方式為泛塞密封。碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料液壓油缸具有重輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)、抗腐蝕和高疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)。與普的金屬制造的液壓缸相比，極輕的重量讓操作員可以快速和準(zhǔn)確對(duì)液壓缸進(jìn)行定位。

在各種工況下，較現(xiàn)有技術(shù)中的全金屬液壓油缸，其強(qiáng)度、剛度、抗疲勞性能缸都有明顯的提高，不僅使得制品安全性得到有效改善，而且減重效果也達(dá)到50%，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械泵車(chē)輕量化和整車(chē)成本降低的目標(biāo)。同時(shí)，這一重量輕、結(jié)構(gòu)強(qiáng)的液壓組件在航空航天領(lǐng)域內(nèi)更是有著巨大的應(yīng)用潛力。

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