液压快速接头的改进及有限元分析.pdf

2 0 1 2年 1月 第 4 0卷 第 2期 机床与液压 MACHI NE T OOL ＆ HYDRAUUCS J a n ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ． 2 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 0 2 ． O 4 4 液压快速接头的改进及有限元分析 相恒富 ，田增 ， 秦志坚 ，丁文超 1 ．中国石油大学机电工程学院，山东东营 2 5 7 0 6 1 ；2 ．胜利油田滨南采油厂综合大队，山东滨州 2 5 6 6 2 2 ； 3 ．江苏金石机械集团有限公司，江苏金湖 2 1 1 6 0 0 摘要针对液压快速接头研合面密封易损坏且难于修复的问题，进行改良设计，即在公头上增加一个锥度头，母头上 增加一个母头连接件 ，使得研合面密封 由平面密封变为锥度密封。当接触面磨损后，通过调节母头调节件能够重新获得密 封。为获得最佳锥度 ，进行了有限元接触应力分析，得到了锥度与最大接触应力的关系。仿真结果表明当锥面大端半径 取 1 2 m m时，能获得最佳锥度。 关键词液压快速接头 ；改进有限元分析；接触应力 中图分类号T B 4 2；T HI 2 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 2 1 3 3 2 油田作业机的液压钳与通井机液压泵连接处经常 使用液压快速接头 ，该类产品广泛使用于油 田油区作 业设备液压管线的连接处，属平面密封型。由于野外 使用环境恶劣，故这类快速接头一般使用寿命 只有 1 01 5个正常工作 日。若不及时更换将造成液压油 的严重泄漏 ，并导致生产停顿 ，造成重大损失u 。 液压快速接头如 图 1 所示 。 图 1 液压快 速接头 1 液压快速接头的改 良设计 目前油田使用的液压快速接头密封一般为接触型 密封。接触密封主要靠密封配合面间产生接触应力， 防止密封流体从密封接触面间通过，来实现密封的。 因此 ，接触应力的大小及其分布状况是决定密封性能 的重要 因素 。 液压快速接头密封有研合面密封、螺纹密封、橡 胶密封圈密封。其中研合面密封如图2所示 ，其密封 结构是平面密封，通过两接头之间平面 研合面 的过渡配合实现密封，一旦研合面密封磨损或被较硬 的杂质划伤后造成泄漏将不能被修复。为了解决 目前 生产中液压快速接头寿命短的问题 ，必须对现有的结 构进行改进⋯。改良后的液压快速接头展开结构示意 图如图3 所示 ，在液压公接头上增加一个锥度头，母 头上增加一个母头调节件 7 ，装配后 ，公头的锥形与 母头连接件形成一个锥度密封 如图4所示 。锥度 密封要好于原来的研合面密封，并且，当接触面磨损 后 ，可以通过调节母头调节件7重新获得密封，从而 能够延长液压快速接头使用寿命，节约成本。由图4 可以看出，改良快速接头密封效果的好坏，关键在于 选择合适的锥度角。作者通过有限元分析来获得合适 的锥度 角。 公 接头 研 合 面 母接 头 图2 液压快速接头研合面密封示意图 l 一标准连接件2 ～ 隔板} -自锁定杆4 一公头s 一防脱卡子6 一母头7 一母头调节件8 一复位弹簧 9 一密封圈 图 3 改良后液压快速接头展开结构示意图 收稿日期2 0 1 01 1 0 8 作者简介相恒富 1 9 r 7 6 一 ，男，博士，讲师，主要研究激光微细加工、石油钻采机械设计。E m a i l h e n g f u x i a n g 1 6 3 ． e o m。 1 3 6 机床与液压 第 4 0卷 锁，将多路换向阀中操纵破埂器的一路油通过双路锁 分成两路 ，且这两路油互不影响。此时，即使左、右 破埂器 中 的某一 个 先接 触 到负 载 ，通 过 双路 锁 的作 用 ，控制破埂器深浅油缸内的压力油也不能串到没有 负载的另一油缸内，真正做到各 自独立 、互不影响而 破埂 ，解决了困扰收割机破埂器破埂作业时存在的老 C 左单 向阀 推杆1 推 杆2 右单 向阀 ] c 大难问题，有效提高了国产收割机的性能。目前，经 样机、批量验证 ，国内全喂入水稻收割机主力机型的 破埂器都将改造成这种原理的液压控制回路。 为了结构 紧凑而有效 ，双路锁的结构 图如 图3 示 。 图 3双 路 液压 锁 通过此阀的左、右两个单 向阀将 A口的油分成 造 ，增设双路液压锁，将大大改善破埂器的功能，有 A 1和A 2两路分别向破埂器左右油缸独立供油 ，抬起 较强的推广价值。 破埂器；同时，还可以通过 B E l 供油控制分开的两 参考文献 个推杆 推杆 1 、推杆 2 来打开单向阀，实现破埂 【 】 雷天觉 新编液压工程手册[ M] 北京 北京理工大学出 器 油 缸 出 油 ， 使 破 埂 器 下 降 ， 真 正 做 到 使 破 埂 器 自 如 【 2 】 蓦 妥 藩 ． 新 编 液 压 使 用 与 维 修 技 术 [ M ] ． 北 京 破埂，有效提高了收割机的性能。 中国建材工业出版社 ，1 99 8．1 0． 3 结束语 【 3 】 成大先． 机械设计手册 第4卷[ M] ． 北京 化学工业出 由此可见，对现有破埂器的控制油路进行合理改版} 土 ， 2 0 0 2 1 上接第 1 3 4页 3结论 液压快速接头研合面密封是平面密封，使用环境 恶劣，存在易失效和失效后难于修复的问题。作者对 此进行了改 良设计 ，在原来设计的基础上 ，采用锥度 密封取代原有的平面密封，能够解决密封圈更换难和 二次密封的问题，并且能够在原有液压快速接头的基 础上以小成本投入生产 ，便于推广和使用。 锥度密封关键是确定合理的锥度，对锥度密封进 行了有限元接触应力分析，通过分析接触应力与锥度 的关系，获得 了最佳锥度，即当锥度头大端半径为 1 2 m m时 ，锥度 最佳 。 参考文献 【 1 】盖军． 常见机械密封的故障原因及对策 [ J ] ． 石油化工 装备， 2 0 0 8 4 3 8 4 0 ． 【 2 】顾永泉． 机械端面密封 [ M] ． 东营 石油大学出版社 ， 1 9 9 4． 1 2． 【 3 】刘瑞合． 一种快速接头的设计分析[ J ] ． 机械制造 ， 1 9 9 5 2 1 5 ． 【 4 】范晓珂． 液压胀管用快速接头的设计分析[ J ] ． 机械设 计与制造 ， 2 0 0 6 1 1 1 21 3 ． 【 5 】车晓刚． 机械密封的原理及应用 [ J ] ． 科技创新导报， 2 0 0 8 3 1 2 3 1 ． 【 6 】白 葳． 通用有限元分析 A N S Y S 8 ． 0 基础教程[ M] ． 北京 清华大学出版社 ， 2 0 0 5 ． 1 ．