液压缩管机的结构和工作原理

  液压系统的参数有许多式由估计或经验确定的，其设计水平需通过性能验算来判断。验算项目主要有压力损失、温升和液压冲击等。

  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，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。

  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。

  液压系统是液压设备的一个组成部分，它与主机的关系紧密，两者的设计常常要一起进行。设计的基本要求一般是必须从实际出发，重视调查研究，注意吸取国外先进的技术，力求做到设计出的系统重量轻、体积小、效率高、工作可靠、结构相对比较简单、操作和维护保养方便、经济性好。设计步骤如下。

  其次，如果执行器具有调速的要求，那么在选择调速回路时，既要满足调速的要求，又要最好能够降低功率损失。常见的调速回路主要有：节流调速回路、容积调速回路、容积节流调速回路。其中节流调速回路的功率损失大，低速稳定性好。而容积调速回路既无溢流损失，也无节流损失，效率高，但低速稳定性差。如果要同时满足两方面的要求，可采用差压式变量泵和节流阀组成的容积节流调速回路，并使节流阀两端的压力差尽量小，以减小压力损失。

  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模块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。

  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=？mm。

  背帽1是连接锥套和活塞杆的，选螺纹规格D×p=？×？的圆螺母。查手册知它的主要参数如表3.1，槽数n=4。

  为便于说明其液压系统，将其液压系统中的工作元件—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部分所组成，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。[8]

  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。[8]

  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㎜、 8㎜、 10㎜、 16㎜、 19㎜、 25㎜、 32㎜的管的要求，所以现以压缩管径最大的 32㎜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。

  液流经液压泵、液压执行元件、或其他阀及管道的功率损失都将转化为热量，使工作介质温度上升。系统的散热主要是通过油箱表面和管道表面。若详细进行系统的发热及散热计算较麻烦。通常液压系统在单位时间的发热功率

  液压系统的功率损失一方面会造成能量上的损失，使系统的总效率下降，另一方面，损失掉的这一部分能量将会转变成热能，使液压油的温度上升，油液变质，导致液压设备发生故障。因此，设计液压系统时，在满足使用上的要求的前提下，还应最大限度地考虑降低系统的功率损失。

  再将操作阀打到中间位置，停顿一段时间（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。这样的一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。这样的一个过程叫做回退过程。

  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。这样的一个过程叫做回退过程。

  液压执行元件的类型、数量、安装的地方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一起进行的。

  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。

  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，这样定位块的长度就是中心套肩部的宽度，即 L=？㎜，取定位块直径为 ？㎜，螺纹部分取？.

  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=？㎜，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 ？㎜，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，为保证螺纹孔深度取厚度？㎜，材料为40Cr.

  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。

  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办法来进行的，即以满足实际工况要求为目的进行结构设计，然后根据现场实际在做的工作条件做试验和测试，再作设计修改，图3.3是冲块和中心套的装配图，从图中能够准确的看出，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。

  首先，从动力源——泵的方面来考虑，考虑到执行器工作状况的多样化，有时系统需要大流量，低压力；有时又需要小流量，高压力。所以最终选择限压式变量泵为宜，因为这种类型的泵的流量随系统压力的变化而变化。当系统压力降低时，流量比较大，能满足执行器的快速行程。当系统压力提高时流量又相应减小，能满足执行器的工作行程。这样既能满足执行器的工作要求，又能使功率的消耗比较合理。

  根据设计的基本要求提供的情况，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。

  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。这样的一个过程叫做压缩过程。

  再将操作阀打到中间位置，停顿一段时间（约1 min）。这时，液压缸的两腔分别被封闭而处于保压状态，液泵排出的液体经操作阀返回液箱。这样的一个过程叫做保压过程。

  系统工作所承受的压力由设备类型、载荷大小、结构要求和技术水平而定。系统的工作压力高、省材料、结构紧密相连、重量轻是液压系统的发展趋势，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.

  根据设计的基本要求，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。

  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。

  根据直径32mm胶管的缩管压力为1000kN，选液压缸的工作所承受的压力为20MPa。

  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。

  背帽2是连接固定板2和液压缸的，选螺纹规格D×p=？×？的圆螺母。主要参数如上图，槽数n=6.

  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12㎜，在标准弹簧中选择，结果如表3.2。

  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

  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为止。这样的一个过程叫做压缩过程。

  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 ？㎜，锥套腰部开有8个长？mm宽？mm的槽，顶部孔是用于和活塞杆连接的，考虑到活塞杆的直径并留有一定的轴肩取孔径为 ？㎜，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？㎜，其它尺寸如图3.7所示。