闭式液压螺母工作原理及关键技术

刘爽 1 李鑫 2 刘玉波 3

摘要：介绍了目前圆盘剪机械式锁紧螺母及注油式液压螺母在使用过程中的不足,圆盘刀和隔环通过闭式液压螺母锁紧的工作原理,理解闭式液压螺母的结构及关键技术,通过调研、研究和试制闭式液压螺母,出厂前对闭式液压螺母进行性能测试,保障闭式液压螺母的可靠性。

关键词：液压螺母、圆盘剪、性能测试、关键技术、密封技术

1 引言

圆盘剪是精整切边线的重要设备,它的运行稳定性直接关系到板带边部的剪切质量,液压螺母是一种在机械螺母上集成液压装置,通过液压顶力对连接对象实施锁紧的特殊螺母,为锁紧圆盘剪刃的关键产品,它改变了扭力螺纹锁紧为轴向拉伸预紧力的锁紧方式,安装维护方便,可保护刀轴的螺纹,液压螺母的产品可靠性是圆盘剪稳定工作,保证板带边部质量的可靠保障。

以往的圆盘剪使用传统的机械式螺母或注油式液压螺母来锁紧圆盘剪刃,在使用过程中存在以下不足：

a)圆盘剪的锁紧螺母螺纹公称直径基本都在90以上,传统的机械螺母螺纹规格越大,锁紧及防松越困难,设备运行一段时间后易松动,安装及拆卸螺母非常费劲,且易损伤圆盘刀轴螺纹处,造成圆盘刀轴报废,导致设备无法使用。

b)注油式液压螺母结构采用手动加油泵的加压方式,加压时需通过外置手动加油泵注入液压油,一般需两人共同完成,换刀时需频繁加油及拆卸泄油接头,耗时且操作不便,同时,加油或泄油时,漏出的液压油会污染设备周围环境,且极易造成人员踩到泄漏的液压油摔跤,存在安全隐患。

为了满足生产时快速更换液压螺母,保障生产效率及生产现场安全的需要，使液压螺母的安装、拆卸操作简单，闭式液压螺母项目就是在这种背景下立项研制成功和推广应用的。

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3. 闭式液压螺母工作原理

闭式液压螺母锁紧圆盘刀,主要是靠液压力产生的高预紧力对连接螺纹预紧后,预紧力传递给压环,压环通过隔套将圆盘刀牢牢锁紧,其锁紧工作原理如下图1：

图1

工作原理说明：

加压过程：手动顺时针转动T型手柄(序号1),通过调压螺钉(序号2)迫使柱塞(序号3)向下移动,封闭在螺母本体腔体内的润滑脂(序号4)经过压缩后产生压强,润滑脂流向压环处密封圈内,迫使压环(序号5)朝圆盘刀方向移动,当压环(序号5)端面压紧隔套(序号6)后,继续手动转动T型手柄(序号1),活塞(序号3)继续向下移动,螺母本体腔体内润滑脂经过压缩后无法将压环(序号5)移动,在封闭的螺纹本体空间内,腔内润滑脂产生的压强就会继续增加,当压强增加到一定的数值后,推力指示杆(序号7)被顶出(指示杆色显示绿色区域表明为工作区域、指示杆显示黄色区域表明为压力偏低区域，指示杆显示红色区域表明为压力偏高区域),当指示杆显示在绿色区域内时,停止旋转T型手柄(序号1),这时圆盘刀(序号8)被牢牢固定在轴上,若继续转动T型手柄(序号1)，则腔内压强继续增加,导致推力指示杆继续向外顶出(红色区域为压力过高区)。

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3. 闭式液压螺母结构及关键技术

3.1 闭式液压螺母结构

液压螺母由螺母本体、调压组件(含调压螺钉、柱塞、密封圈、安全挡块)、压环组件(含压环、密封圈)、指示杆组件(含指示杆、弹簧、密封圈)等主要元件组成。

3.2 闭式液压螺母关键技术

由于液压螺母技术专业性强,结构参数复杂,关键技术有：

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2. 螺母本体在高压下的应力及变形情况

3. 高压密封技术,无泄漏；

4. 关键零件制造技术,保证尺寸精度、形位公差及粗糙度；

5. 螺母装配工艺技术,保证满足密封性能要求,保压效果佳,无泄漏；

6. 液压螺母的性能测试技术(例如压环行程、保压效果、指示压强准确度)。

螺母本体为液压螺母的最核心的关键零件，为此对设计的三维模型进行有限元分析,并按40MPa的工作压力进行核算，先建立螺母本体三维模型,通过适当的简化模型能在保证结果可靠性的前提下提到运算的效率,初步定义材料、夹具、外载荷、划分网格等预处理后。初步核算结果如下：

1）本体最大应力及其分布：最大应力出现在环形槽过渡处,应力大小为281.2MPa。如下图

图8

根据此项分析结果选择合适的材料及材料热处理方式。

②本体最大变形：本体变形最大的区域在环形槽外侧边缘，最大变形达到了0.027mm。根据分析的结果确认变形量是否在允许范围内，确保密封性能。如下图

图9

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3. 液压螺母的试制时的性能测试

每件螺母液压螺母组装完成后,均需要完成如下试验：

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2. 装配完成后进行气密性试验,保障产品装配后密封件处密封良好；

3. 压环行程试验，确保在工作所需压强下满足压环行程(一般≤2mm)；

3)保压试验进行40MPa密封性能保压试验,保压时间24h，压降允差0.5Mpa;保压168小时后，压降允差2MPa;液压螺母密封处不得渗油,合格后方可出厂。

4）液压螺母产品的上机验证试验，满足使用工况，锁紧力稳定，操作维护方便。

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3. 使用情况

液压螺母在现场使用后，性能达到性能指标,满足剪切工况的要求。使用时间将近5个月。目前已研制成功并批量生产的有Tr160×4，Tr170×4，Tr175×4，Tr210×4等规格品种。

6 结语

通过对闭式液压螺母的研究与试制,解决传统机械锁紧螺母锁紧后易松动,安装及拆卸费劲,易损伤安装轴螺纹，造成安装轴报废的问题，同时也解决注油式液压螺母需频繁注油、泄油,造成泄漏的液压油会污染设备周围环境,且极易造成人员踩到泄漏的液压油摔跤,存在安全隐患问题。而闭式液压螺母无需通过加油泵注油产生压强，只需一件内六角扳手拧动调压螺钉即可满足调压及泄压,拆装便利,快速省力,环保安全,锁紧后不易松动,提高了刀轴的寿命。

参考文献：

［1］JB/T 7553-2007 液力螺母 中华人民共和国机械行业标准

［2］GB/T 7935-2005 液压元件通用技术条件 中华人民共和国国家标准；