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液压电动扳手的改进

时间:2022-06-21     【转载】   来自:液压扳手   阅读

电动扳手在大型离心式注水泵的修理过程中,拆、装穿杠螺丝是一项繁重的体力劳动。自从引进电动扳手后,此项工作实现了机械化,工人的劳动强度大大降低。然而在使用过程中,该设备也逐渐暴露出寿命较短的问题,具统计可知,每台设备平均大修10台注水泵后就无法继续使用,设备利用率极低,成本消耗日益剧增,同时极大地影响了原油生产进度。因此,利用现有设备和技术条件对电动扳手加以改进,预期将设备使用寿命延长为原来的2倍,即由原来的每台电动扳手大修注水泵10台延长为大修20台。

电动扳手失效的原因分析

电动扳手的工作原理为电机经行星齿轮机构减速后,将动力传递给冲击头,冲击头两凸头通过扳轴爪带动扳轴旋转,由扳轴完成动力输出。电动扳

手使用一段时间后开始出现输出动力下降的现象,随着设备的继续使用,输出动力继续下降,直至无法工作。

通过对电动扳手进行解体观察,发现所有使用过的电动扳手,其扳轴工作面无一例外地发生了严重磨损。

磨损后的工作面是与原工作面成大约45度角的一个斜面,这个斜面在工作中将使作用在扳轴上的冲击力分散。冲击力分散后,电动扳手内部各部件

的受力情况也随之改变。冲击力的分散情况如图1所示。由于磨损面与工作面成大约45度角,所以a角也约为45。,此时F。一F2一F≈0.7F。由此可见,磨损面将冲击力分散了30%,则与F有关的扭转力矩M也相应减小,输出动力被削弱了。分散出去的力F2沿轴线方向传递给扳轴,使扳轴

直接冲击前壳体,造成铸铁前壳体的工作状况恶化。不仅如此,力F2在把扳轴压向壳体的同时,会使扳轴与壳体之间在短时间内产生一个较大的摩

擦力矩Mf。在正常工作状态下,扭转力矩M只需克服外部阻力M(即松、紧螺母的阻力矩)即可。工作面磨损后,不但扭转力矩M自身被削弱,它还要再克服这个摩擦力矩Mf。当输出动力不能克服这些阻力的合力时,电动扳手就无法工作了,这正符合电动扳手的失效过程。

制定对策

通过论证,找出了设备失效的主要原因。只要解决磨损问题,就可有效延长电动扳手的使用寿命。由于扳轴磨损比冲击头严重得多,所以,先解决扳轴磨损的问题。若此问题得以解决,冲击头磨损问题也就迎刃而解了。将整体式的扳轴改为拆分式的,扳轴的工作面可以拆卸,在使用一段时间后,可视其磨损情况进行更换。活动工作面可单独选用适合的材料,通过合理的加工工艺过程,达到较高的机械性能。因此选用高碳钢,进行先淬火后中温回火的热处理工艺。这样加工后的活动工作面既有较高的硬度又有一定的韧性,使其在经受冲击时不会发生断裂。且可以进行大批量的加工,一次加工即可满足长期更换的使用要求,非常方便。然而这种方法既要保持扳轴原有的形状尺寸,又要安装活动工作面,只能去除扳轴的一部分基体金属材料。要确定这样是否能满足受力要求,必须进行受力计算。电动扳手输出扭矩为10000N?m,这个扭矩是通过作用在扳轴上的力偶实现的。由于扳轴工作面均为矩形平面,工作面上各点受力大小、方向都相同,为便于计算,可将均匀分布的力集中于工作面的中心,如图2中的力F。

圈2拆分式扳轴的受力分析利用弯曲应力公式在力F作用下,扳轴爪将产生弯曲应力。加工后的扳轴爪被削弱,其危险截面即为A—A截面,在此截面进行应力计算。将扳轴爪简化为如图3所示的力学模型。

由此可见, 改进后扳轴危险截面的弯曲应力小于材料的许用应力,满足使用要求 。

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效益分析

液压电动扳手工作面改成拆分式,磨损后可更换,能大大延长其使用寿命。按当前使用寿命,外送加工费0.3万元,电动扳手每台价值2.1万元计算,每使用1台可节约成本1.8万元。在今后的使用中,随着大修泵参数的增加,经济效益也将继续增加。

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