多功能旋轉試驗架設計

郭艷麗,相雅娟,李風雨,劉紅莉

天合石油集團匯豐石油裝備股份有限公司,黑龍江牡丹江 157011

1 多功能旋轉試驗架結構及工作原理

多功能旋轉試驗架主要由液力拆裝系統、旋轉拉拔系統、液壓系統、試驗數據采集系統等組成。

1）液力拆裝系統：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生一定的力，兩沖扣缸間的距離為力臂，其沖扣缸的上、下運動產生上、卸扣扭矩，其承受扭矩構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，所以拆裝系統的強度計算應在此處；2）旋轉拉拔系統：此系統的旋轉運動是靠旋轉馬達帶動齒輪箱旋轉，再傳遞到主軸及拉拔工裝接頭，其所產生的扭矩及推拉力施加給運動主體，使之產生0t～30 t的推拉力及7 760N·m，的轉矩，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行校核，再有承載的尾架軌道其強度也應校核；3）液壓系統：按要求將架體及尾架旋轉分為兩個液壓系統，根據上扣扭矩115kN·m，卸扣扭矩168kN·m、及尾架推拉的最大噸位等計算架體部份的泵及電機，尾架旋轉部份要根據在60r/min轉速的情況下達到7 760N·m扭矩時馬達所需要的流量及電機的功率。

2 多功能旋轉試驗架的計算

2.1 夾緊缸缸桿承扭校核

所校核參數：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，當卸扣扭矩達到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，

因受力點到作用點之間距離為L=178.5mm，這樣缸桿所受扭矩M

由此可見此缸桿強度能夠滿足要求。

2.2 工裝接頭承載校核

所校核參數：工裝接頭最薄弱處的工作外徑為φ115mm，結構需要中間交叉加工兩個φ55mm孔，材料40CrMnMo的σs=780MPa，當拉30t時校核強度如下：

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

其最大正應力為

所以尾加軌道強度可行。

2.4 試驗架液壓系統設計計算

根據多功能旋轉試驗架技術指標和參數要求，在設計方案中采用液壓傳動來實現各部的工作要求，按設計要求拆裝和尾架旋轉采用兩套液壓系統。

試驗架尾架旋轉液壓系統設計計算：

液壓系統的工作壓力要能滿足有效負載的要求，合理利用能量，提高系統效率，減少發熱。

試驗架執行元件的運動參數：尾架旋轉載荷：7 760N·m（60r/min） 最高轉速 ：80r/min。

1）根據結構設計應用兩個馬達所以其單個馬達的扭矩應大于7760÷2=3880N·m考濾到馬達的效率，選用球形馬達，型號為1QJM32-1.6 其排量q=1649ml/r，額定壓力20MPa，轉速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

兩個馬達所需流量：138.86升/分×2=277.7升/分

所以系統的最大工作壓力為17MPa

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

所以電機選為75kW 轉速為1500轉/分。

3）泵的選擇：

按兩個馬達所需最大工作流量為277.7升/分及最高工作壓力為17MPa

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