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1、液压缩管机的结构及其工作原理1液压缩管机的结构1.1液压缩管机的主机结构本设计为径向压块压缩式缩管机设计，所以主要介绍径向压块压缩式缩 管机的结构。该缩管机主机和液压系统设计为集中组装箱体式结构，在箱体 上留有可与液压站管路相连的胶管管接头插孔。箱体可存放备用模具、常用 工具及其它零配件等。图2.1为主机结构图。该缩管机的主机为液压缸1，锥套8和活塞杆5用背帽6联接为一体，冲 块9和中心套10用螺母与后定位板11联为一体，工作时液压系统的高压液 体从口进入活塞腔，推动活塞杆向外伸出，通过锥套8的锥面压迫冲块的外锥面，使模具弹性径向收缩，压缩金属接头使其产生一定量的径向塑性变形， 达到金属接头与
2、液压胶管相连接的目的。反向油口供油时，活塞杆回缩，锥 套解除对冲块的压缩，冲块因弹簧弹性恢复，完成接头的一个压接循环。12345&78 9101115图2. 1液压缩管机的主机结构图1-外缸体；2-活塞杆；3-定位伴；4-缸套；5-活塞杆；6-背帽；7-定位栓；8-锥套；9-冲块；10-中心套；11-定位板；12-螺帽1.2缩管机的液压系统为便于说明其液压系统，将其液压系统中的工作元件一主机，用机构简图的形式表示出来。图2.2为该缩管机的工作原理及液压系统图。缩管机由 主机和液压站2部分组成，其中主机由缸体1,活塞杆2.锥套3及冲块5等 构成；液压站由液泵9、过滤器11和液箱12等组成。为适应
3、井下工作面作业 的配套要求，液压站设计初选齿轮泵站提供液压动力。也可根据现场作业情况，匹配其他液压 站。82345 67图2 . 2 缩管机工作原理与液压系统图1-外缸体；2-活塞杆；3-锥套；4-管接头；5-冲块；6-液压胶管；7-操作阀；8-压力表；9-溢流阀；10-油泵；11-滤油器；12-油箱；13-电动机2液压缩管机的工作原理工作时，先将液压胶管的端头与金属管接头4套装好，插人冲块孔预定位置。再把操作阀7打到左位，此时主机A腔为高压腔，B腔为低压腔。活塞 在液体压力的作用下向右运动，活塞杆带动锥套向右轴向运动压缩冲块。这 样，迫使冲块径向收缩，压接金属管接头，直至达到预先设定的压缩量
4、为止。 这个过程叫做压缩过程。再将操作阀打到中间位置，停顿一定时间（约 1 min ）。这时，A, B腔 分别被封闭而处于保压状态，液泵排出的液体经操作阀返回液箱。这个过程 叫做保压过程。接着，将操作阀打到右位。此时，A腔变为低压腔，B腔变为高压腔。活 塞在液体压力的作用下向左运动，活塞杆带动锥套反向退回。冲块解除压迫 后在弹簧作用下开，直至锥套回退到原始位置。这时，把压接好的液压胶管 从模具中拔出。这个过程叫做回退过程。经过压缩、保压和回退 3个过程，则完成接头压接的一个循环。主机在 设计技术参数状态下，每完成一个压接循环最多约3 min。液压缩管机主机的设计1中心套及盖的结构设计1.1中心
5、套的结构设计中心套是是一个圆套，其上有轴肩，轴肩上有螺纹孔，通过螺纹孔把中 心套固定在固定板上。由于中心套和锥套是通用的，它要同时满足压缩管径为 6 mm、8 mm、10 mm、16 mm、19 mm、25 mm、32 mm的管的要求,所以现以压缩管径最大的 32 m管时的中心套为基准设计中心套，然后再分 别设计不同管径时冲块的尺寸。图3.1中心套结构尺寸图1.2盖的结构设计盖是连接在中心套上，用于防止冲块从中心套槽中滑出的一个构件，它 的尺寸是根据中心套来确定的，其形状和尺寸如图3.2所示。盖的材料选用Q235圆柱面上的孔是弹簧孔，而端面上的沉头孔用于螺钉和中心套连接。图3.2盖的结构尺寸图
6、2冲块的结构设计冲块是缩管机中最重要的零件，也是缩管机设计的核心零件，现有的结 构设计大多是按传统的设计方法进行的，即以满足实际工况要求为目的进行 结构设计，然后根据现场实际工作条件进行试验和测试，再作设计修改，图 3.3是冲块和中心套的装配图，从图中可以看出，冲块共有8块，分别镶嵌在 中心套的8个槽中，其两端由两个弹簧支撑，这样冲块可以在径向自动向外 移动。图3.3冲块和中心套的装配图1. 最大直径压缩量的确定2. 锥套与冲块的接触面锥度C3. 有效行程的确定图3 .4缩管机压缩运行图4. 冲块的尺寸设计(1)压缩径为 32伽的管时的冲块尺寸设计图3.6冲块的结构和尺寸图压缩径为25 mm的
7、管时的冲块的设计:(3)压缩径为19 mm的管时的冲块的设计:压缩径为16 mm的管时的冲块的设计：(5)压缩径为10 m的管时的冲块的设计：(6)压缩径为8 m的管时的冲块的设计：压缩径为6 m的管时的冲块的设计：3.锥套的结构设计3.1.锥套的结构锥套是固定在活塞杆上的用于压缩冲块的一个结构，它的端部的锥度和冲块的锥度相同，这样在压缩时活塞杆带动锥套移动，由于锥度的原因使冲 块径向移动，完成压缩作用，锥套的结构如图 3.7。3.2 .锥套的尺寸设计锥套的尺寸和冲块相关，由冲块的尺寸可知，锥套端部的锥角为5o，端部外径取？伽，锥套腰部开有8个长？ mn宽？ mm的槽，顶部孔是用于和活塞杆连接
8、的，考虑到活塞杆的直径并留有一定的轴肩取孔径为？伽，为使与活塞杆的连接件和工作时有足够的空间，取锥套的整体长度为？伽，其它 尺寸如图3.7所示。锥套材料为40Cr，并调质处理。图3.7锥套结构尺寸图4其他部件的设计4.1固定螺栓的选择固定螺栓是用于连接两个固定板起固定作用的，固定栓取M?X?螺栓4.2固定板的结构设计1. 固定板1的结构固定板1结构如图3.8所示，其孔D1是和中心套连接的根据中心套的 尺寸知D1=?mm, D2=? mm,固定板的外轮廓边长尺寸根据液压缸的尺寸和固 定栓确定的，液压缸的外径为？伽，固定栓取？螺栓，考虑到留有足够的空间取固定板的边长D4=? mm，D3=? mm，
9、为保证螺纹孔深度取厚度？伽， 材料为40Cr.uF 一帚 oLPUF图3.8 固定板1的结构2. 固定板2的结构固定板2的结构和固定板1相同，是固定在液压缸上的，所以其径D2=? mm外轮廓边长和固定板1相同D=? mm4.3背帽的选择1. 背帽1的选择背帽1是连接锥套和活塞杆的，选螺纹规格Dx p=?x ?的圆螺母。查手册知它的主要参数如表3.1，槽数n=4。表3.1背帽规格螺纹规格DX p外径D小径D1宽m槽宽h min槽深t minC1CM52X 1.57250.3761083.511M200X 3240196.725221671.522.背帽2的选择背帽2是连接固定板2和液压缸的，选螺
10、纹规格DX p=?x ?的圆螺母 主要参数如上图，槽数n=6.4.4弹簧的设计本弹簧只是用于冲块不受力时沿径向返回作用，所以对弹簧的性能要求 不高，只要具备一定的高度和压缩量即可。根据中心套上弹簧孔的直径为12mm,在标准弹簧中选择，结果如表 3.2。表3.2弹簧规格线径弹簧中节距t/自由高度有效圈数试验载荷试验载荷变d/ m径D/mH0/ mn/圈Pn/N形量L/ m1.282.924012.568.621.44.5定位块的设计1. 定位块1的设计定位块1是固定在固定板1上的，其作用是限制锥套右行的极限位置， 由于锥套右行至极限位置时锥度部分和冲块完全重合，所以它俩右边是对齐 的，这样定位块
11、的长度就是中心套肩部的宽度，即 L= ?伽，取定位块直径为?伽，螺纹部分取？.2. 定位块2的设计定位块2是锥套的左行的极限位置，固定在液压缸的缸套上，其尺寸由 安装后通过实验加以确定。液压系统设计计算液压系统是液压设备的一个组成部分，它与主机的关系密切，两者的设 计通常需要同时进行。设计要求一般是必须从实际出发，重视调查研究，注 意吸取国外先进技术，力求做到设计出的系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构简单、操作和维护保养方便、经济性好。设计步骤如下。1设计要求主机用途及规格要求主机完成的工艺过程该缩管机的主机为液压缸，锥套和活塞杆用背帽联接为一体，冲块和中 心套用螺母与后定位板联为一体
12、，工作时液压系统的高压液体从A 口进入活塞腔，推动活塞杆向外伸出，通过锥套的锥面压迫冲块的外锥面，使模具弹 性径向收缩，压缩金属接头使其产生一定量的径向塑性变形，达到金属接头 与液压胶管相连接的目的。反向由 B 口供液时，活塞杆回缩，锥套解除对冲 块的压缩，冲块因弹簧弹性恢复，完成接头的一个压接循环。要求液压系统完成的工艺过程先把操作阀打到左位，此时主机液压缸左腔为高压腔，在液体压力的作 用下迫使活塞带动活塞杆向右移动，活塞杆带动锥套向左轴向伸出压缩模具。 这个过程叫做压缩过程。再将操作阀打到中间位置，停顿一定时间（约 1 min ）。这时，液压缸的 两腔分别被封闭而处于保压状态，液泵排出的液
13、体经操作阀返回液箱。这个 过程叫做保压过程。接着，将操作阀打到右位。此时，液压缸右腔变为高压腔。缸体在液体 压力的作用下，带动锥套反向退回。这个过程叫做回退过程。2总体规划、确定液压执行元件液压执行元件的类型、数量、安装位置和与主机的设计有很大的影响， 所以，再考虑液压设备的总体方案时，确定液压执行元件和确定主机整体结 构布局是同时进行的。3明确液压执行元件的载荷、速度及其变化规律，绘制液压系统工况图本设计产品液压缸的最大载荷为 1000N根据设计要求提供的情况，对液压系统作进一步的工况分析，查明每个 液压执行元件在工作循环各阶段中的速度、载荷变化规律，绘制液压系统有关工况图，如表表工况图工况
14、图名称动作线图速度图载荷图函数式S=f(t)v=f(t)F=f(t)式中参数的意S:液压缸行程V：液压缸行程速度F:液压缸的载荷（力）义T：时间；t=Ot=T为工作循环周期工况图示4确定系统工作压力系统工作压力由设备类型、载何大小、结构要求和技术水平而定。系统 的工作压力高、省材料、结构紧凑、重量轻是液压系统的发展方向，根据统 计资料本产品压力围是7-21MPa属中等压力，取本机压力为 20MPa.5确定执行元件的控制和调速方案根据设计要求，本产品的液压缸是不作速度调节的，只是用方向阀控制活 塞的运动方向。6草拟液压系统原理图草拟液压系统图注意事项：1. 不许有多余元件；使用的元件和电磁铁数越少越好。2. 注意元件间的连锁关系，防止互相影响产生误动作。3. 系统各主要部位的压力能够随时检测；压力表数目要少。4. 按国家标准规定，元件符号按常态工况绘出，非标准元件用简练的结 构示意图表达。初步拟订液压系统图如图2.2。7液压缸的设计计算初选液压缸的工作压力根据直径32mm交管的缩管压力为1000kN,选液压缸的工作压力为20MPa 液压缸缸筒尺寸的计算1. 缸筒径、外径2. 缸筒壁厚验算3. 缸筒底部厚度4
