多功能旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)架設(shè)計(jì)

郭艷麗,相雅娟,李風(fēng)雨,劉紅莉

天合石油集團(tuán)匯豐石油裝備股份有限公司,黑龍江牡丹江 157011

1 多功能旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)架結(jié)構(gòu)及工作原理

多功能旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)架主要由液力拆裝系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)拉拔系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。

1）液力拆裝系統(tǒng)：扭矩主要由液動力傳給沖扣液缸，液壓作用在活塞面積上產(chǎn)生一定的力，兩沖扣缸間的距離為力臂，其沖扣缸的上、下運(yùn)動產(chǎn)生上、卸扣扭矩，其承受扭矩構(gòu)件是活動鉗及沖扣鉗上各六個夾緊油缸、勾板、底座等，最薄弱處是夾緊缸，所以拆裝系統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)在此處；2）旋轉(zhuǎn)拉拔系統(tǒng)：此系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是靠旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動齒輪箱旋轉(zhuǎn)，再傳遞到主軸及拉拔工裝接頭，其所產(chǎn)生的扭矩及推拉力施加給運(yùn)動主體，使之產(chǎn)生0t～30 t的推拉力及7 760N·m，的轉(zhuǎn)矩，其承受推、拉力的件有軸承、主軸及拉拔工裝接頭，按其幾何尺寸最薄弱件是拉拔工裝接頭，所以要對其承載力進(jìn)行校核，再有承載的尾架軌道其強(qiáng)度也應(yīng)校核；3）液壓系統(tǒng)：按要求將架體及尾架旋轉(zhuǎn)分為兩個液壓系統(tǒng)，根據(jù)上扣扭矩115kN·m，卸扣扭矩168kN·m、及尾架推拉的最大噸位等計(jì)算架體部份的泵及電機(jī)，尾架旋轉(zhuǎn)部份要根據(jù)在60r/min轉(zhuǎn)速的情況下達(dá)到7 760N·m扭矩時馬達(dá)所需要的流量及電機(jī)的功率。

2 多功能旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)架的計(jì)算

2.1 夾緊缸缸桿承扭校核

所校核參數(shù)：缸桿工作直徑90mm，所夾工作外徑245mm，工作是的最大扭矩為卸扣扭矩168kN·m，材料40CrMnMo的σmax=980MPa，受力為三對力偶，當(dāng)卸扣扭矩達(dá)到168kN·m時，工件要受六缸夾緊來克服這一扭矩，這樣就形成三個扭矩組，其力臂為工件直徑245mm，

因受力點(diǎn)到作用點(diǎn)之間距離為L=178.5mm，這樣缸桿所受扭矩M

由此可見此缸桿強(qiáng)度能夠滿足要求。

2.2 工裝接頭承載校核

所校核參數(shù)：工裝接頭最薄弱處的工作外徑為φ115mm，結(jié)構(gòu)需要中間交叉加工兩個φ55mm孔，材料40CrMnMo的σs=780MPa，當(dāng)拉30t時校核強(qiáng)度如下：

去除面積和 ΣA=2（A1+A2）+A3+A4

=［rl2-C2(r-h2)］+［rl2-C2(r-h2)］+30×50×2+96×50

=9065mm2

△A=A-ΣA=10386.9-9065=1321.9mm2

此軸所能承受力F=1321.9×40kg/mm2=52.88t(安全系數(shù)n=2)

所以此軸在推、拉力為30t的工況下是安全的。

2.3 推拉軌道強(qiáng)度校核

尾架軌道采用400×400H型鋼及兩條16厚的Q235A鋼板焊接而成，

其抗彎截面模量代數(shù)和

在拉或壓3 0 t時承受扭矩為ΣM=F×L=1015×30000=30450000

其最大正應(yīng)力為

所以尾加軌道強(qiáng)度可行。

2.4 試驗(yàn)架液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)多功能旋轉(zhuǎn)試驗(yàn)架技術(shù)指標(biāo)和參數(shù)要求，在設(shè)計(jì)方案中采用液壓傳動來實(shí)現(xiàn)各部的工作要求，按設(shè)計(jì)要求拆裝和尾架旋轉(zhuǎn)采用兩套液壓系統(tǒng)。

試驗(yàn)架尾架旋轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算：

液壓系統(tǒng)的工作壓力要能滿足有效負(fù)載的要求，合理利用能量，提高系統(tǒng)效率，減少發(fā)熱。

試驗(yàn)架執(zhí)行元件的運(yùn)動參數(shù)：尾架旋轉(zhuǎn)載荷：7 760N·m（60r/min） 最高轉(zhuǎn)速 ：80r/min。

1）根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用兩個馬達(dá)所以其單個馬達(dá)的扭矩應(yīng)大于7760÷2=3880N·m考濾到馬達(dá)的效率，選用球形馬達(dá)，型號為1QJM32-1.6 其排量q=1649ml/r，額定壓力20MPa，轉(zhuǎn)速2r/min～200r/min 額定輸出扭矩4 881N·m

工作流量：Qm=q.n.10-3/ηv=1649×80×10-3/0.95=138.86升/分

兩個馬達(dá)所需流量：138.86升/分×2=277.7升/分

所以系統(tǒng)的最大工作壓力為17MPa

=3937N.m×2=7874N·m2在最大扭矩時且速度為60r/min時所需功率

所以電機(jī)選為75kW 轉(zhuǎn)速為1500轉(zhuǎn)/分。

3）泵的選擇：

按兩個馬達(dá)所需最大工作流量為277.7升/分及最高工作壓力為17MPa

泵應(yīng)選CY14-1B（G）軸向柱塞泵，其最大流量為414L/min 輸出壓力為31.5MPa。