· 液压缩管机的结构及其工作原理 1 液压缩管机的结构 1.1 液压缩管机的主机结构 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。 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。 图 2. 1 液压缩管机的主机结构图 1- 外缸体； 2- 活塞杆； 3- 定位伴； 4- 缸套； 5- 活塞杆； 6- 背帽； 7- 定位栓； 8- 锥套； 9- 冲块； 10- 中心套； 11- 定位板； 12- 螺帽 1.2 缩管机的液压系统 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 Word 文档 · 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] 图２ . ２ 缩管机工作原理与液压系统图 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 2 液压缩管机的工作原理 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。 Word 文档 · 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。 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] Word 文档 · 液压缩管机主机的设计 1 中心套及盖的结构设计 1.1 中心套的结构设计 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。 图 3. 1 中心套结构尺寸图 1.2 盖的结构设计 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。 Word 文档 · 图 3.2 盖的结构尺寸图 ２冲块的结构设计 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。 Word 文档 · 图 3 . 3 冲块和中心套的装配图 1. 最大直径压缩量的确定 2. 锥套与冲块的接触面锥度 C 3. 有效行程的确定 图３ .4 缩管机压缩运行图 Word 文档 · 4. 冲块的尺寸设计 （1）压缩径为 32 ㎜的管时的冲块尺寸设计 图 3. 6 冲块的结构和尺寸图 （2 ）压缩径为 25 mm的管时的冲块的设计： （3 ）压缩径为 19 mm的管时的冲块的设计： （4 ）压缩径为 16 ㎜的管时的冲块的设计： （5 ）压缩径为 10 ㎜的管时的冲块的设计： （6 ）压缩径为 8 ㎜的管时的冲块的设计： （7 ）压缩径为 6 ㎜的管时的冲块的设计： 3.锥套的结构设计 3.1.锥套的结构 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 Word 文档 · 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。 3.2.锥套的尺寸设计 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。 锥套材料为 40Cr ，并调质处理。 图 3.7 锥套结构尺寸图 4 其他部件的设计 4.1 固定螺栓的选择 固定螺栓是用于连接两个固定板起固定作用的， 固定栓取 M？×？螺栓。 4.2 固定板的结构设计 1. 固定板 1 的结构 Word 文档 · 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. 图 3.8 固定板 1 的结构 2. 固定板 2 的结构 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。 4.3 背帽的选择 1. 背帽 1 的选择 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。 表 3.1 背帽规格 螺纹规格 D×p 外径 D 小径 D1 宽 m 槽宽 h min 槽深 t min C1 C M52×1.5 72 50.376 10 8 3.5 1 1 M200×3 240 196.725 22 16 7 1.5 2 2. 背帽 2 的选择 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. Word 文档 · 4.4 弹簧的设计 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 。 表 3. 2 弹簧规格 线径 弹簧中 节距 t/ 自由高度 有效圈数 试验载荷 试验载荷变 0 d/ ㎜ 径 D/㎜ ㎜ H / ㎜ n/ 圈 Pn/N 形量 L/ ㎜ 1.2 8 2.92 40 12.5 68.6 21.4 4.5 定位块的设计 1. 定位块 1 的设计 定位块 1 是固定在固定板 1 上的，其作用是限制锥套
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