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新型便携式大扭矩液压扳手

时间:2022-05-14     作者:普朗特【转载】   来自:德国液压扳手   阅读

1.引言

目前, 国家对水利、 水电、 桥梁等基础设施建设投资力度很大, 在其施工、 维修和改造过程中, 大扭矩紧固件的拆装作业必不可少同时又十分艰巨。 如上海磁悬浮铁道工程中的架桥机行走机构的M120螺母; 三门峡水电厂500MW水轮机组中转子法兰盘上M140的螺钉组, 用传统的人力方法进行拆装时, 不仅劳动强度大,作业效率低, 成本高, 而且由于剧烈的振动和噪音,可能损伤毗邻的零部件, 影响甚至破坏原结构的力学平衡; 同时, 难以根据设计要求准确控制装配力矩。 三门峡水电厂水轮机转子法兰盘螺钉组装、拆力矩(实测)可达46-52KN.M, 在水轮机的年度维修中, 一直沿用人力手段进行螺钉组的拆装, 作业周期长, 工作环境狭小、 恶劣, 并且经常使螺钉报废, 直接影响维修工期。 因而设计开发、 适用于大型紧固件拆装的便携实用工具———液压扳手十分紧迫。根据实际作业要求,对液压扳手的设计要求主要有:

(1) 对于便携式大扭矩液压扳手这种专用设备, 要求能够输出强大扭矩(52KN.M)的同时, 还需使液压扳手, 尤其使其执行机构的重量轻,结构紧凑。 为便于单人操作, 执行机构的重量控制在60kg以内。

(2)使用安全、方便, 操作灵活, 工作可靠, 通用性强。

(3) 采用超高压、 恒功率变量液压系统, 关键零部件采用超高强度材料。 作业速度可根据扭矩的变化自动调节,且定力距可调.


2往复运动机构设计中的几个关键

2.1摇臂运动方案

螺栓(螺钉)拆卸(或装配)作业是单向的间歇运动过程。 活塞杆推动销轴并带动摇臂转动, 对活塞杆会产生侧向力, 对液压油缸的密封及活塞杆的稳定性十分不利, 因此在机壳内壁两侧沿活塞缸轴向设计一对平行滑道, 销轴在平行滑道内沿活塞杆轴线严格按照直线运动, 同时将摇臂的销轴孔设计成长孔,满足作业过程中, 销轴与棘轮的中心距不断变化的要求。机构简图如图1所示。

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2.2棘轮棘爪结构设计

螺栓(螺钉)拆装作业的单向间歇运动由特殊设计的棘轮棘爪机构实现。 由于拆装扭矩巨大, 通常的单齿啮合棘轮棘爪结构不能满足强度要求。 因此, 考虑多齿同时啮合、共同传递扭矩的棘轮棘爪结构。 具体方案为:采用多齿数小模数的棘轮和整体型棘爪; 工作时, 由三个棘轮轮齿同时参与传递扭矩, 三个棘轮的轮齿与加工有同棘轮轮齿精密配合的三个内齿的整体型棘爪相啮合; 摇臂通过棘爪推动棘轮转动, 棘轮与输出方轴由渐开线花键联接, 从而使方轴并带动螺栓(螺钉)转动, 完成拆装作业的单向间歇运动。 为保证棘轮和整体型棘爪的充分啮合, 在摇臂的棘爪腔上平面设计一组弹簧。


3.摇臂的有限元强度计算分析

摇臂结构较复杂, 为非对称结构,难以用理论计算。 现采用有限元法进行。 根据摇臂转动作业时, 销轴与摇臂轴孔的相对位置, 现以摇臂在中间位置(图1中2-2 位置)时作为分析计算工况, 如图2。

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3.1摇臂的材料特性

由于装、 拆力矩巨大, 为大幅度减轻执行机构的重量, 应采用超高强度材料, 同时充分考虑材料的韧性、 塑性和加工工艺性能以及市场供应、 经济成本等因素。 摇臂的材料选用目前使用较广的低合金超高强度钢30CrMnSiNi2A,弹性模量E=207FPa, 泊松比 u=0.3

3.2计算模型

在用ANSYS软件进行三维实体建模之前, 我们以棘轮的齿数、 模数, 棘轮轴线与摇臂轴孔的中心距, 棘轮的厚度以及液压油缸缸筒的内经, 壁厚等9个结构尺寸为设计变量, 以执行机构的质量(体积)为目标函数, 对扳手执行机构的结构参数进行了优化设计。 现利用优化结果作为建模的依据。考虑到有限元分析的工况,在摇臂小头长孔柱面建模时,应在左半柱面分为三个面积区域, 以方便压力荷载的施加。 同时, 将一些对强度计算影响极小的圆孔、 尺寸进行简化处理, 实体计算模型如图3

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3.3单元划分

采用ANSYS智能网格划分方法, 将摇臂网格划分的疏密得

当。使用三维四面体单元,共有节点5045,单元数19286,见图4。

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