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一種新型高壓、高速旋轉接頭結構的研究及分析

標簽:高速旋轉接頭,高壓旋轉接頭,液壓旋轉接頭


文介紹一種新型高壓、高速旋轉接頭.結構的設計及分析,重點介紹了其結構設計的原理、相關計算公式、關鍵零件的材料處理等,為從事高壓、高速旋轉接頭研究和應用者提供參考。

高速旋轉接頭

前言 在幾乎所有工業領域,只要在固定件和旋轉機器之間存在有液體和氣體介質需要傳輸,人們就必然使用旋轉接頭這一精密連接件。譬如:專用機床、深孔鉆機、玻璃機械等。在日益發展的冶金行業,高壓、高速旋轉接頭的使用也越來越廣泛,其中在薄板軋機上開卷機中的應用,是高壓、高速旋轉接頭在冶金行業中應用的經典范例。與傳統企業生產的高壓、高速旋轉接頭相比,此旋轉接頭(本文所指的旋轉接頭都是指高壓、高速型旋轉接頭的簡稱)具有如下優點:

(1)間隙密封技術的應用,可實現摩擦力小、長久耐用;

(2)靜壓控制間隙的密封技術,就是在壓力恒定的情況下,密封間隙保持恒定;

(3)液壓伺服自動調心控制技術,就使在工作壓力不斷變化的情況下,密封間隙仍然保持不變,同軸度也隨著變化(壓力越高,同軸度也越高);

(4)特殊的表面熱處理,使轉子與定子間真正實現減磨自潤滑的“膜軸承”效應;

外形以及結構

旋轉接頭的外形及結構如圖 1 所示,旋轉接頭的芯軸做高速旋轉運動而殼體靜止不動。旋轉接頭的芯軸通常與液壓缸固定連接在一起,與主機一起旋轉。工作介質經過管路進入旋轉接頭殼體上的工作油口 A 或B,經過固定不動的殼體 7 和固定不動的伺服環 5 輸入與主機一起做旋轉運動的芯軸 1 后至主機,從而實現了工作介質在旋轉件間的持續傳輸。

優點的實現過程及原理

間隙密封是一種最簡單而應用廣泛的密封方法。它是依靠相對運動零件配合面之間的微小間隙來防止泄漏的。旋轉接頭在實際中的應用確定了它是允許存在一定量的泄漏量,允許一定量的壓力損失。一定量的泄漏量通過泄漏口 C 帶走旋轉接頭兩端上的主軸軸承在工作過程中產生的熱量,可以防止旋轉接頭在工作過程中 A 工作油口與 B 工作油口之間的竄油。間隙過大,泄漏量就過大,壓力損失也就越大,致使實際的工作壓力滿足不了工作需要;間隙過小,太少的泄漏量帶不走旋轉接頭在工作過程中產生的熱量,致使旋轉接頭澳门网上葡京真人的芯軸 (轉子)1 與伺服環 5 之間的配合面會因發熱而“抱死”。理想的密封間隙是通過下面的公式與實踐需要相互結合而產生的,圖 2 為環形間隙簡圖。流體流 過間隙時單位流量的壓力損失為: δp=Δp/q=12μL/(πDH3) 式中 δp———單位流量的壓力損失;

旋轉接頭可以借助高壓工作介質在通過旋轉接頭輸入主機的過程中,對其結構實施有效控制,從而實現用靜壓來控制間隙的密封技術及液壓伺服自動調心控制。如圖 3 所示。服環 5 上兩側的高精密“O”形圈 6 上,從而產生巨大的環形側向力 Fp。“O”形圈在側向壓力 Fp 作用下,產生徑向塑性變形。“O”形圈把此變形能轉換成對伺服環 5 的圓周浮力 Fk。伺服環 5 的重力 G 與高精密“O”形圈 6 因伺服環 5 重力而產生的變形力 Fn 及圓周浮力 Fk 共同 作用到伺服環 5 上,從而產生一個力的平衡方程(一): G+Fn+Fk=0,其中參數 G 的大小是確定的,是常量,Fn 及Fk 隨著工作壓力 p 的變化而變化。p 越大,則 Fp 就越大,Fk 就越大,高精密“O”形圈 6 的強度也隨之增大;當工作壓力 p 增大到一定量時,高精密“O”形圈 6 在側向壓力 Fp 的作用下產生巨大的徑向變形力 Fk,“O”形圈 6極小的變形量就可以消除伺服環 5 的重力,從力的平衡方程(一):G+Fn+Fk=0 就可以衍生出方程(二):G+Fn= 0 和方程(三):Fk 的合力=0。當伺服環 5 的重力 G、及因伺服環 5 重力 G 而產生的變形力 Fn 和圓周浮力 Fk 任 何一個參數發生變化,力的平衡方程(一)將自動歸零。從幾何結構上說,就是維持伺服環 5 內孔的直徑與旋轉接頭的芯軸 1 同軸心,達到接近理想狀態的同軸度,維持圓周方向的間隙恒定。工作壓力 p 越大(設計允許范圍內),則伺服環 5 伺服自動調心能力就越強。旋轉接頭以工作壓力 p 為源動力,對其本體實現了靜壓控制間隙的密封及液壓伺服自動調心的控制。

目前國內企業生產的旋轉接頭根本不具備競爭力,其原因主要是設計思維陳舊落后,芯軸與定子間很容易因旋轉接頭的持續工作發熱而“抱死”。欣德利設計思維新穎且效果極好,旋轉接頭內部結構永不“抱死”,即使工作介質遭受到嚴重污染,有巨大顆粒存在時,此旋轉接頭仍然可以持續工作一段時間,當工作壓力 p 滿足不了工作要求時,更換伺服環 5 就可以繼續工作了,易維修。采用此思維設計的旋轉接頭目前完全可以滿足國內冶金行業的需求。

部分旋轉接頭型號參考:

液壓旋轉接頭-MFY系列

SMC旋轉接頭-MQR系列

緊湊型液壓旋轉接頭-LT4系列

2進2出液壓旋轉接頭-MFY2系列

高速高壓旋轉接頭-MEH系列

旋轉接頭故障原因及解決方法

十大品牌旋轉接頭

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