导轨故障

2024-10-15

导轨故障（共7篇）

导轨故障篇1

德国WALDRICH COBURG公司生产的30-15 S4040型导轨磨床, 加工范围为2m×10m, 系公司床身、溜板、刀板、五级齿条等零件加工的关键设备。

一、液压箱研泵断轴

机床工作台为液压驱动, 由液压箱控制其正反向运动及运动速度的大小。变量叶片泵液压箱是机床的关键部位。一次准备让机床运转时, 工作台无法开动, 检查液压箱电机、皮带轮转动正常。由于液压箱空间狭小, 泵体又深没在油液里, 无法直接查看情况, 抽出液压油后, 盘动皮带轮, 观察箱内三联齿轮泵轴不转, 初步判断泵故障。将变量叶片泵整体吊出, 拆后发现, 三联齿轮泵内轴与轴瓦、齿轮与端面多处研死, 变量叶片泵传动轴断裂。

三联齿轮泵中, 传动轴定位轴瓦台肩断裂使轴窜动, 造成齿轮泵抱轴, 且传动轴呈120°分布的双键处出现疲劳裂纹, 而被拧断。

重新加工传动轴, 选材料40Cr, 热处理T235。更换三联齿轮泵中研损的两根轴、3件齿轮、6件轴瓦。消除两根轴结构上的薄弱环节, 与轴瓦、齿轮的配合由较紧的过盈配合改为略松一些的过度配合, 便于加工、装配。配合处增加淬火工序 (G58) , 提高耐磨性。增加卡簧定位, 限制齿轮轴向窜动。增加润滑油孔, 减少摩擦。轴瓦加工润滑油线, 增加润滑降低发热。

装配轴瓦、组装三联齿轮泵体, 分别制作研棒研磨三排轴孔, 用刮刀修刮轴瓦孔接触点, 至最小研棒能轻松自如地转动。此项工作非常关键。

修光泵体结合面、齿轮齿顶及齿侧毛刺, 清洗干净装配, 随时检查齿轮泵的转动情况, 至灵活自如后, 与变量叶片泵体组装。

经上述修理后试车运转正常, 使用至今一直良好。

二、床身导轨研伤的焊补修复

2007年机床工作台不能开动, 打开防护罩后发现床身导轨无润滑油, 110°V形主导轨内侧已严重研伤, 宽约90mm, 最深处2mm, 长约3000mm, 其余拉毛;工作台主导轨内侧贴塑板部分研掉, 大部研伤。经查, 系床身导轨润滑油路精过滤器堵塞所致。由于精滤芯使用多年频繁堵塞, 压差发讯器经常报警, 无法保证机床正常工作, 检修电工在维修中私自将线路封掉, 机床不能正常报警, 而操作者麻痹大意, 在交接班时没有严格按《机床操作规程》检查, 在使用中对机床出现的异常现象又未引起重视, 从而导致了这起严重事故。

导轨研伤严重, 若按常规方法进行修理, 机床需全部解体, 床身全长23000mm, 其三节床身导轨均需修磨。由于尺寸链补偿困难, 精度要求高, 工艺复杂, 修理周期长, 而且电气老化存在极大风险。决定采用焊补工艺进行导轨的修复。

用磨光机将研痕打磨平整, 并用大瓦数灯泡烘烤, 既使导轨内机油充分挥发, 又防止修理面氧化。用点焊机将低熔点铁合金片, 按“田”字格每隔300mm长在研伤处焊接一段, 形成骨架, 并以导轨完好面及V形辅导轨为基准打表, 用磨光机和油石仔细修整, 使其误差在0.03mm以内。将工作台导轨研伤一侧的贴塑板全部起掉, 处理干净基面后, 用比原来加厚0.2mm的贴塑板重新粘贴。清洗修补面, 均匀涂布“可赛新TS311”减摩涂层修补剂, 用保鲜膜隔开后与工作台对扣, 上压重物, 固化48h (因当时室温较低) 。

制作专用表架, 分别以主、辅导轨为基准拉表, 合研修刮床身导轨至合格。再以床身导轨合研修刮工作台导轨至合格。

将导轨面、润滑管路及油箱全部清洗干净后加油试车, 工作台运行正常。空运行几天且检查导轨焊补面无异常后, 重新更换润滑油。最初加上较轻的工件进行磨削加工, 工件合格, 机床正常。现已使用一年多, 机床精度稳定。

新型静压导轨结构篇2

关键词：静压导轨,闭式静压导轨密封结构,自动调整压板机构,减弱振动

现有技术中采用静压导轨的机床, 在加工工作中存在一缺点:即用于支撑静压导轨的静压油和用于冷却工件的冷却油容易混合在一起。目前针对静压油和冷却油混合的问题的解决办法有两种:一是在导轨安装载体上设置专门的防混装置, 但结构复杂;二是通过外部分离设备将混合后的静压油和冷却油分离, 但外部分离设备价格昂贵, 分离成本高。

本文介绍一种新型的闭式静压导轨结构, 采用压缩空气密封静压油, 同时采用弹簧杠杆结构的静压导轨自动调整压板机构。该结构有结构简单、制造成本低和防静压油和冷却油混合效果好等特点, 可解决现有技术中静压导轨机床静压油和液压油混合问题以及固定导轨和滑动导轨间的间隙可以调节。

这种闭式静压导轨密封结构, 包括设置于导轨工作面上的静压油腔和环绕于静压油腔外的环形回油腔, 在环形回油腔外还设置有一环形凹槽, 导轨上还设置有向环形凹槽中输入压缩空气的进气通道。这种新型闭式静压导轨密封结构, 向环形凹槽中充入压缩空气, 从而可在环形回油腔外形成一高压环形气帘, 高压环形气帘可阻止环形回油腔中的静压油流出、并可阻止外界冷却油进入环形回油腔;因此本密封结构可防止静压油和冷却油混合, 阻止静压油的泄露, 且密封结构简单, 制造成本低。

如图1所示闭式静压导轨密封结构, 包括设置于导轨工作面上的静压油腔1和环绕于静压油腔1外的环形回油腔2, 在环形回油腔2外还设置有一环形凹槽3, 导轨上还设置有向环形凹槽3中输入压缩空气的进气通道4。

工作时, 先通过进气通道4向环形凹槽3中充入压缩空气, 在通过静压油进油通道5向静压油腔1充入静压油。静压油从导轨和导轨承载物间的间隙流入环形回油腔2中, 环形回油腔2中的静压油再通过回油通道6流回机床回油储存腔中。由于环形凹槽3中的高压气体在环形回油腔2外侧形成了一道高压气帘, 从而可阻止环形回油腔2中的静压油从导轨和导轨承载物间的间隙流出、并可阻止外界冷却油进入环形回油腔。因此本密封结构可防止静压油和冷却油混合, 阻止静压油的泄露, 且密封结构简单, 制造成本低。

所述进气通道6设置有二个向环形凹槽中充气的充气口, 且两个充气口沿环形凹槽周向均匀布置, 两个充气口均匀布置可使形成的气帘更均匀, 密封效果更好。当然在不同实施方式中, 充气孔的数量可根据需要调整, 一般设置2-4个较为合适。

现有技术中的静压导轨是通过静压油膜来承载滑动导轨。固定导轨和机床床身固定连接, 机床的滑动导轨设置于固定导轨上, 静压油托起滑动导轨。在启动静压导轨过程中, 滑动导轨受静压油推动做悬浮运动时, 滑动导轨受冲击力较大, 滑动导轨的振动较大, 这容易对静压导轨造成损坏。并且现有技术中滑动导轨是通过压板扣合在固定导轨上, 静压油顶起滑动导轨使其和压板接触, 滑动导轨和固定导轨间的间隙固定;由于在加工不同零件时, 滑动导轨承受的压力不同, 而滑动导轨和固定导轨间的间隙不可调整会导致不能根据滑动导轨的实际受力调整静压油的油压。

因此需要对静压导轨进行改进, 以减弱静压导轨启动过程中的振动, 保护静压导轨不受损坏, 并解决固定导轨和滑动导轨间间隙不可调节的缺陷, 以使静压油油压能根据滑动导轨实际受力进行调整。

有鉴于此, 提供一种静压导轨自动调整压板机构, 其使固定导轨和滑动导轨间的间隙可以调节, 并使静压油油压能于滑动导轨实际受力进行匹配, 还可缓冲静压油膜在推动滑动导轨做悬浮运动过程中滑动导轨所受的冲击力, 减弱静压导轨启动过程中的振动, 保护静压导轨不受损坏。

这种新型静压导轨自动调整压板机构, 包括减振单元和传动单元, 所述减振单元包括设置在静压导轨的滑动导轨上的拉杆和固定外套在拉杆上的减振弹簧, 所述传动单元包括铰接于滑动导轨上的杠杆, 杠杆一端压在静压导轨的固定导轨上、杠杆另一端压在减振弹簧上。杠杆和固定导轨接触的一端铰接有一滚轮, 所述杠杆通过滚轮压在固定导轨上。

静压导轨自动调整压板机构, 其弹簧施加的反作用力通过杠杆传递到滑动导轨上, 使滑动导轨承受的静压油推力和杠杆压力平衡, 通过调节静压油油压即可调节滑动导轨和固定导轨间的间隙, 从而使静压油油压能与滑动导轨实际受力适配;其杠杆将滑动导轨承受的静压油膜的推力传递到减振弹簧, 减振弹簧吸收滑动导轨受到的冲击能量, 从而减弱了滑动导轨在悬浮运动过程中的振动, 可保护静压导轨不受损坏。图2为新型静压导轨自动调整压板机构的结构示意图。

如图2所示静压导轨自动调整压板机构, 包括减振单元和传动单元, 所述减振单元包括设置在静压导轨的滑动导轨1上的拉杆2和固定外套在拉杆2上的减振弹簧3, 所述传动单元包括铰接于滑动导轨1上的杠杆4, 杠杆4一端压在静压导轨的固定导轨5上、杠杆4另一端压在减振弹簧3上。

减振弹簧3施加的反作用力通过杠杆2传递到滑动导轨1上, 使滑动导轨1承受的静压油推力和杠杆压力平衡, 通过调节静压油油压即可调节滑动导轨1和固定导轨5间的间隙, 从而使静压油油压能与滑动导轨实际受力适配;杠杆4将滑动导轨1承受的静压油膜的推力传递到减振弹簧3, 减振弹簧3吸收滑动导轨1受到的冲击能量, 从而减弱了滑动导轨1在悬浮运动过程中的振动, 可保护静压导轨不受损坏。

作为一种方案的改进, 所述杠杆4和固定导轨5接触的一端铰接有一滚轮6, 所述杠杆4通过滚轮压在固定导轨5上。滑动导轨1做往复滑动过程中, 滚轮6在固定导轨5上做滚动运动, 摩擦阻力小。

催化再生器滑阀导轨改造篇3

现场拆下导轨发现, 在导轨中间处堆积催化剂达60 mm。催化烟气滑阀卡阻原因一般是催化剂在高温下结块进入轨道, 造成阀板与轨道挤住不能动作。一般用液压手动不能解决, 必须切换到机械手动进行大幅度开关阀门, 将结块击碎, 但该方法不能彻底解决问题。阀位在28%~34%的开度范围内卡阻频繁, 严重影响装置安全正常运行。

2. 原因分析

该特阀为双动液压结构, 工作时, 阀板是在液压系统带动阀杆, 两阀杆带动阀板在导轨的凹槽内做直线运动 (图1) , 阀板与导轨之间有一定的间隙。工作中催化剂会在导轨凹槽内逐渐沉积, 两阀板的直线运动把催化剂推到中间位置, 致使阀板与阀板之间的催化剂越来越多, 并使之间的堆积物逐渐增大, 造成阀卡阻频繁。分析主要原因, 可以归结为导轨结构不合理、蒸汽反吹, 易与催化剂结焦。

3. 制定解决方案

加强维修人员的培训, 提高维修人员的责任心;将反吹蒸汽改为反吹风, 减少催化剂结碳机会;分析导轨结构及材料, 进行结构改造, 导轨改造结构设计见图2。导轨材料0Cr19Ni9;重量13.15 kg (参考兰炼化工机械厂所提供的图纸) 。将导轨下表面第四个V形开口加工成开口50 mm, 深度12 mm的矩形开口。

19英寸常用机柜导轨选择方法篇4

在系统级的车载、船载、地面等装载平台的产品中, 由于涉及的设备品种多、套量大, 所以通常用到19英寸机柜进行系统设备的集成。机柜上安装的众多插箱, 有部分需要在使用及维护过程中经常拉出和推回, 这个时候就需要使用导轨来满足相应的使用需求。导轨应能满足在机柜和插箱上的安装, 并且能够保证插箱在机柜中推拉灵活、可靠。导轨也有很多不同的厂家, 各厂家也有很多不同的型号, 在选择时难免会有些让人不知所措。本文通过阐述常用导轨选择过程中的一些要点和使用过程中的注意事项, 以便能够为设备选择合适的导轨, 并正确、合理地使用导轨。

导轨的定义

什么叫导轨呢?导轨是指金属或其他材料制成的槽或脊, 可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊, 用于引导、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨, 用于直线往复运动场合, 拥有比直线轴承更高的额定负载, 同时可以承担一定的扭矩, 可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。导轨在日常生活中的应用也是很普遍的, 抽屉是大家再熟悉不过的了, 很多家居用品、办公用品的抽屉使用的导轨就是导轨的具体应用之一。导轨可以用于任何需要滑动的机器或设备上。19英寸标准机柜用直线导轨主要是滚动导轨。滚动导轨的特点是摩擦阻力小, 运动轻便灵活, 磨损小, 能长期保持精度。

导轨选择方法

怎样才能选到合适的导轨呢?导轨选择时应从以下两个方面进行选择。

1) 载重量

选择的导轨首先必须满足承重的要求, 即能够承受插箱的重量。地面产品导轨承受的重量为静载荷, 即插箱的实际重量。车载、船载产品导轨需要承受的重量为动载荷, 即插箱在相应的环境条件下可能遇到的振动、冲击情况下的动载荷。

2) 导轨尺寸

在选择滑动导轨时, 需要关注导轨的拉出长度和导轨自身的结构尺寸。

导轨的拉出长度

安装在机柜上的插箱, 在使用及维护过程中需要拉出的最大距离必须在导轨的拉出长度范围内, 若需要拉出的最大距离已经超过了导轨的拉出长度, 就只能把插箱从机柜上取下来进行维护了。军用电子设备常用的19英寸标准机柜的深度主要分布在650~800mm的范围内, 根据19英寸标准机柜上通常使用的导轨来看, 需要选用三节滑动导轨才能满足插箱拉出距离的需要, 适合机柜深度在650~800mm范围内的可选用导轨的拉出距离主要分布在200~700mm的范围内。

导轨的结构尺寸

导轨的长度尺寸应和插箱的深度尺寸相当, 导轨的长度尺寸若超过插箱的深度尺寸, 那么安装到插箱上的内导轨就会超出插箱后端, 伸出插箱后端的距离越长, 越会导致内导轨产生变形的情况。一旦内导轨产生变形, 就会影响内导轨和中导轨不能准确对位。在一些三节导轨上, 中导轨和外导轨之间有锁定开关, 若内导轨变形比较严重, 在内导轨推进到中导轨后端时, 可能会导致内导轨无法撞开锁定开关, 导致插箱推入时产生卡死的情况。

导轨的高度尺寸主要是受限于插箱的高度。插箱高度一般采用高度进制为44.45mm的尺寸系列。设计一个插箱在机柜上的安装时, 其安装附件也应该在机柜上对应该插箱高度尺寸之内解决, 尽量不占用其它插箱的空间。即使该插箱下面和另外一个插箱之间是留有一定空间的, 但是考虑到以后如果在扩展功能这些时可能会用到这些空间, 因此也尽可能不要占用。特别是插箱高度是1U (1U=44.45mm) 的时候, 能够使用的导轨的高度尺寸不能超过该尺寸, 这个时候选择导轨就比较受限制。2U插箱能够选择的导轨高度尺寸相对比较容易一些, 但如果需要在插箱左右两侧进行跟线设计时, 能够选择的导轨的高度尺寸也很受限制, 所以2U插箱不建议从两侧进行跟线设计。3U及以上插箱由于插箱高度较大, 可以选择的导轨的高度尺寸也基本上不受限制了。

导轨的厚度尺寸也是制约导轨选择的一大因素。机柜截面的安装尺寸 (t) 、导轨安装到机柜上的过渡结构件尺寸 (t1) 、导轨厚度尺寸 (t2) 、插箱宽度尺寸 (t3) 这4个尺寸是息息相关的。为了保证插箱通过导轨能够准确地装入机柜, 设计时应使4个尺寸的关系为:t=2×t1+2×t2+t3。同时在设计时应进行合理的公差设计。

导轨的环境适应性

不管是民品还是军用产品, 都得关注产品的环境适应性。只是军用产品的要求会更严格一些。导轨本身使用了什么材料, 做了什么样的表面处理, 能够耐受什么样的环境条件, 这些都是选择导轨时应该考虑的一系列因素。特别是设备若处于海洋环境的条件时, 由于盐雾、霉菌的影响, 对导轨的三防性能有更加严格的要求, 这种情况下建议都用不锈钢材料的导轨。

导轨使用注意事项

知道了怎样选择导轨, 那应该在设计的哪个阶段选择导轨呢?在项目初期规划时, 应先选择好要使用的机柜, 再规划好插箱的深度和宽度, 然后就可以开始选择需要使用的导轨了, 即先选择好导轨, 再开始插箱的详细设计。这样的顺序有一个好处就是可以根据内导轨上已有的安装孔设计插箱左右两侧的安装孔。当然, 有时候可能也会遇到插箱已经确定好了再选择导轨的情况, 这种情况时基本上都需要对内导轨进行二次加工, 以便能和插箱两侧面的安装孔进行紧固。内导轨在拉出时都有限位的拨片, 以防止插箱在拉出的时候造成意外跌落。导轨的资料上面或许没有准确地标出拨片的位置尺寸, 需要在内导轨上新增安装孔的情况时, 需要特别注意拨片的位置, 不要把安装孔设计在拨片的位置。

即使机柜都是19英寸标准的机柜, 但是不同厂家的机柜各有各的结构形式, 内部尺寸也都有区别, 所以一般导轨不能直接和机柜进行安装。导轨和机柜连接的一端通常需要通过过渡结构件与机柜进行螺装。过渡件应具有足够的刚度, 导轨和过渡结构件之间可视情况采用螺装或者铆装。内导轨与插箱之间的连接多采用螺装或挂装。设计时可视插箱的情况选择相应类型的导轨。

在进行插箱的结构设计时, 若是采用插箱侧面直接和内导轨进行螺装固定的方式时, 设计时应将插箱两侧面的安装孔设计为螺纹孔, 以避免安装内导轨时还需要打开插箱盖板在插箱内部装入螺母。同时, 需要注意的是绝大部分19英寸机柜插箱采用的导轨上面预留的安装孔均为M4螺钉的过孔, 插箱设计时侧面的安装孔推荐设计成M4的螺纹孔, 因为导轨内部容纳螺钉头的间隙很小, 若使用更大直径的螺钉则螺钉头高度超过了导轨中间预留间隙的尺寸, 会造成螺钉头和导轨干涉。若个别插箱侧面预留了较大直径的螺纹孔时, 一般需要自制特殊紧固件, 把螺钉头高度做矮, 安装完成后螺钉头与导轨不干涉, 保证导轨能够顺畅地滑动。

结束语

滑动导轨气压浮动结构设计篇5

机床导轨的主要作用是承受载荷, 同时确保机床各零部件之间能够保持在相对稳定的运行状态中及运动轨迹上运行。近年来, 随着我国科学技术的不断进步, 工业生产和加工领域对机床的精度要求越来越高, 因此机床重要部件机床导轨得到了广泛的重视。滑动导轨相比滚动导轨, 具有制造成本低、结构简单等特点, 近年来在机械制造领域得到了广泛的应用。

静压导轨和动压导轨与静、动压轴承具有相似的工作原理, 但我们也应认识到, 静压导轨和动压导轨还存在着结构复杂的特点, 同时具有需要使用润滑油等诸多条件的限制。

空气静压轴承是在轴承和轴的微小间隙之间形成空气膜, 在非接触状态下支承负荷[1]。它具有以下优点:

(1) 润滑剂为低黏度的空气, 摩擦损耗很小, 因而发热和变形也少;

(2) 空气静压轴承中的压力膜具有“均化效应”[2], 振动小;

(3) 避免了物体间的直接接触, 且具有冷态工作特点[3], 理论上无磨损, 寿命长;

(4) 洁净度高, 对环境无污染, 且无需考虑密封问题。

上述特点的存在使得空气静压轴承所能够承受的温度范围增加, 即使在恶劣的环境下也能够正常工作, 加之其零部件之间间隙较小, 所以在高速精密机床领域得到广泛应用。

机床的导轨部件是决定机床性能的关键部件之一, 而其支承元件空气静压轴承的性能则直接影响导轨部件的性能[4]。大型机床运动部件相对较重, 滑动导轨摩擦力较大, 故所需驱动力也随之增大, 这给机床带来诸多不利影响:对相关零部件的刚度和强度提出更高要求, 导致相关零部件尺寸增大;当零部件之间产生摩擦而且逐渐加剧时, 会导致相关的零部件由于受热而发生变形, 导致加工精度受到影响;当零部件的磨损程度增加时, 会导致零部件的使用寿命受到影响而降低;当机床使用效率受到外界因素影响降低时则会导致耗能的增加。

因此本文依据静压轴承的原理设计了一种滑动导轨气压浮动结构, 以减小移动部件与导轨的接触面压力, 从而减小移动中的摩擦阻力。

1 滑动导轨气压浮动结构介绍

金属切削机床中的工作台与其下方的滑台之间即为滑动导轨结构, 如图1所示。图中1为固定滑台, 移动工作台2安装在固定滑台1的上方, 工作时移动工作台在驱动机构的驱动下可相对于固定滑台1移动。工作台与滑台之间摩擦阻力的大小取决于工作台的重力与摩擦系数的乘积, 因此较重的工作台所产生的摩擦阻力也较大。气压浮动指的是通过气压将工作台微微抬起, 以减少移动部件对导轨的压力, 从而减少摩擦阻力。但是浮动力不宜过大或过小。过大可能发生切削颤震、切削不良等现象;过小可能达不到减压效果, 使驱动负载过大而停机, 甚至发生事故。因此, 要对气压浮动系统进行特别设计。

2 滑动导轨气压浮动结构的设计[5,6,7]

在移动工作台2的底面上加工有沟槽3和与沟槽3相连通的气孔4, 气孔4通过气管接头和气管5与减压阀相接, 减压阀通过气管与气动装置 (可为气泵) 相接, 在气管上或减压阀上安装有气压表, 如图2所示。

工作时, 通过气动装置向沟槽3内供入带有一定压力的气体, 气体可进入移动工作台2与固定滑台1之间沟槽及沟槽附近的结合面处形成气体静压轴承, 对移动工作台2产生一定的作用力。该作用力抵消了移动工作台的一部分重力, 使移动工作台2与固定滑台1之间的接触面压力减小, 于是减小了摩擦力。一般情况下, 当上方的移动工作台2的重量为1 500～5 000 kg时, 气压可为0.1～0.3 MPa。

3 结语

传统的滑动导轨存在着一些问题, 比如会由于静态摩擦和动态摩擦系数的变化过大而导致“爬行”现象等, 这些问题长期存在且很难解决, 已不能适应现代机械加工工艺的高精度要求。而本文中的滑动导轨气压浮动结构已在MDV95立式加工中心上使用检验, 效果良好, 其通过减少摩擦阻力减轻了磨损, 从而减小了驱动力, 节省了能源。本文对滑动导轨气压浮动结构的设计原理及方法进行了探讨, 以期对现代机械加工工艺提供有益的参考。

摘要：机床导轨是影响机床精度和动态性能的一个重要部件。大型机床滑动导轨所承载的移动部件往往很重, 如果不对导轨进行特殊设计, 移动过程中过大的摩擦阻力将给导轨精度和寿命的保持带来不利影响。现依据静压轴承原理设计了一种滑动导轨气压浮动结构, 该结构可有效减小滑动导轨移动部件的接触面压力, 从而减小移动过程中的摩擦阻力, 减轻了磨损, 保证了导轨的精度和寿命。

关键词：滑动导轨,静压轴承,气压浮动结构

参考文献

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[3]梁霭明, 马平.两种典型气腔空气静压轴承的分析比较[J].润滑与密封, 2008, 33 (8) :47～50

[4]杜金名, 卢泽生, 孙雅洲.空气静压轴承各种节流形式的比较[J].航空精密制造技术, 2003, 39 (6) :4～17

[5]李天贵.气压传动[M].北京:国防工业出版社, 1985

[6]徐文灿.气动元件及系统设计[M].北京:机械工业出版社, 1995

“T”型导轨焊夹具设计篇6

“T”型导轨(图1)是轻工装备输送系统中重要组件之一。全自动(数控)啤酒灌装生产流水线由洗瓶、杀菌、灌装三大机床组合而成,在杀菌机床内将啤酒瓶连续不断输送到杀菌箱体中消毒,就是由几十件2 m多长的单件导轨组合成轨道,连接在机床导轨固定支架上,在导轨(横梁)上套入5 mm厚超高分子聚乙烯(衬条14#/A20)塑料套,通过与链网平台滑动配合来实现的。

近年来,随着国内外轻工装备的快速发展,客户对全自动(数控)啤酒灌装生产流水线输送精度要求也越来越高,20多m长的杀菌机床流水线,要求各导轨连接后横梁的平面度误差与两侧边直线度误差分别控制在3 mm以内,也就限制了各导轨焊接成型前横梁的平面度误差与两侧边直线度误差必须<1.5mm。如何满足客户的技术要求;在确保设计精度不变的前提下,如何提高生产效率,降低机床生产制造成本,使企业效益最大化;如何改进落后的传统焊夹具(图2),是我们在此研究的课题。

为此研发设计出快速通用导轨焊夹具(图3),经批量化生产验证,其完全达到了客户的使用要求,使我公司的焊接工装夹具技术上了一个新台阶。

1 导轨结构及焊接要求

“T”型导轨是由2件5×40×2 500(最长2 500 mm,最短1 500 mm)长短不等的不锈钢板条组合(图4)焊接而成,下部为横梁,上部为纵梁。根据拼焊位置及要求,采用间断、对称角焊缝的焊接方法,焊脚k=4 mm,焊缝长l=25 mm,相邻焊缝间距e=200 mm,焊缝段数为1 1。焊接后要求导轨(横梁)的平面不平度及侧面不直度误差<1.5 mm。

2 新焊夹具结构与工作原理

2.1 结构

新焊夹具结构如图5所示:件1为推拉式快速顶紧器;件2未推拉式快速顶紧器座;件3为纵横梁双顶块;件4为焊夹具腿支撑;件5为焊夹具定位座;件6为纵横梁侧定位座(阶梯形);件7为快速夹紧器固定板;件8为水平式快速夹紧器;件9为纵梁(焊接件);件10为横梁(焊接件)。

2.2 工作原理

件10横梁与件9纵梁先后在件5焊夹具定位座与件6纵横梁侧定位座(阶梯形)上定位,手动找正两梁端部(注:因为是窄长钣焊件,长度两端尺寸无精度要求,故长度两端仅需手动定位,不采用刚性定位夹紧。同时根据尺寸长短的不同,可灵活调节两端在夹紧器上的位置),并用件8水平式快速夹紧器分段逐一夹紧件9纵梁的顶部,再用件1推拉式快速顶紧器(顶紧器内伸缩夹头部装有双顶块)同时将件9纵梁与件10横梁两侧(中心位置)在件6纵横梁侧定位座(阶梯形)上快速顶紧。这样一来,就通过在焊夹具上刚性定位夹紧焊接件,消除了各件原材料长度方向的平面不平与侧边扭曲变形,焊接工人即可快速、高效地按导轨设计图纸的技术要求,采用图6所示焊接方法,控制导轨焊接变形,焊接成型后快速松开夹(顶)紧器,取出“T”型导轨。

3 夹(顶)力的确定及焊接件检验

3.1 夹(顶)力的确定

按焊接件纵、横两梁(5×40×2 500)计算焊夹具上最大夹(顶)力时,既要控制焊接时正常变形,又要消除原材料平面不平及侧边扭曲变形(材料力学中称为挠度),保证焊接后“T”型导轨误差控制在1.5 mm范围内。

经抽样检测,焊接件原材料长度方向的最大挠度ymax=36 mm(以此值为依据),则在2 500 mm长的夹具中均匀分布8组夹(顶)紧器(沿长度L=2 100 mm均分7段,不包含两端的400 mm),抵消最大变形量。通过均分,2组夹顶器之间距离L1=2 100/7=300 mm;平均挠度y1=36/8=4.5 mm(在长度2 500 mm的夹具上均布8组夹(顶)紧器,消除了原材料最大挠度)。

查表得到304不锈钢材质的弹性模量E=200 GPa=200×103 MPa,焊接件与夹具座(钢板)间摩擦系数f=0.7。根据以上数据,结合纵、横两梁在夹具体上的受力分析(图7),对(每组)夹(顶)紧器进行下列计算。

注:从图中可以看出,P1=P4,P2=P3,即P总夹=P1+P2=P3+P4。

横梁的轴惯性矩:

纵梁的轴惯性矩:

纵梁所需的夹紧力:

横梁所需的夹紧力:

纵、横两梁总夹紧力:

注:为了使夹紧力留有一定裕度,套用标准型号GTY-23502-B水平式快速夹紧器,夹紧力P总夹=350 kg。

纵、横两梁与焊夹具定位座之间的摩擦系数为2f,两梁总顶紧力(侧边同时双顶纵、横两梁的合力与P总夹分力的总和):

注:(1)纵、横两梁总顶紧力包含了P总夹向下的总夹紧力与摩擦系数的乘积(P总夹=P1+P2=P3+P4=P侧顶);(2)为了使顶紧力留有一定裕度,套用标准型号MP-36330推拉式快速顶紧器,顶紧力P总顶=1 140 kg。

综合上列纵、横两梁在夹具上的受力状态分析、刚度校核、夹(顶)力计算进行试模验证,证明理论计算得到的夹(顶)力再适当增大一定裕度(选择合适的快速夹(顶)紧器),即可在夹具上完全消除原材料最大挠度,控制焊接变形。该夹具现已投入批量化生产中。

3.2 焊接件检验

通过千分表现场对5%的焊接导轨进行抽样检验,测得导轨(横梁)平面不平度误差(以下数值单位均为mm)分别为0.98、1.21、1.44、1.48、1.59,平均误差值为:(0.98+1.21+1.44+1.48+1.59)/5=1.34。导轨(横梁)侧边不直度误差(以下数值单位均为mm)分别为1.15、1.23、1.3、1.65、1.85,平均误差值为:(1.15+1.23+1.3+1.65+1.85)/5=1.436。

检验证明,焊接后的“T”型导轨(横梁)平面及侧边平均误差值小于规定的1.5 mm,完全达到设计图允许的公差要求。

4 新旧焊夹具效果对比

4.1 结构

传统的导轨焊夹具由12个工位均匀分布在2 500 mm长的夹具定位座上控制焊接变形,每个工位(图8)由3组(每组2套M12、1套M8)螺钉、螺母组合,分别将纵、横两梁在夹具定位座与夹紧器定位座上旋入拧紧,焊后将螺钉逐一旋出松开,成型后的导轨从焊夹具一端(窄形通道内)抽出。而新设计的导轨焊夹具(图9)由先进的快速夹(顶)紧器组合而成,共使用8副定位夹(顶)紧机构控制焊接变形。扳动快速夹紧器手柄,即可完成焊接件的夹紧与松开,敞开式的装夹结构更方便了导轨焊接时的放入与取出。

4.2 生产管理

传统的焊夹具必须定员定岗,由专人负责焊接,因为掌握螺钉旋压焊接件的松紧以控制焊接变形需要长期经验的积累。旋压过松时,焊接件变形大、超差严重,不符合设计图要求,就会产生废品,给公司造成损失。旋压过紧时,焊后螺钉旋出困难,过载的压紧力使螺钉挤压变形大、螺纹磨损快,并需经常更换螺钉,耗时、费力、费材料。而新夹具则不需要专人定岗焊接,焊接工人可直接操作经调试好的焊夹具,仅需扳动快速夹紧器手柄,铰链(四连杆)机构就会自锁夹紧焊接件,焊后导轨尺寸稳定,夹具使用寿命长,生产管理方便。

4.3 工作效率

传统的焊夹具完成一件导轨的焊接所需时间长,平均为:(1)焊接件焊前插入、焊后抽出的时间合计4 min。(2)用螺钉将焊接件旋入(压紧)、焊后旋出(松开)的时间约0.67 X 36=24.1 min。(3)间断、对称焊接的平均时间为0.25×24=6 min,加上1 min焊接走动时间共计7 min。(4)单件导轨焊接合计时间约4+24.1+7=35.1 min。

而新焊夹具完成一件导轨的焊接所需时间短,平均为:(1)焊接件焊前放入、焊后取出的时间合计2.5 min。(2)扳动快速夹紧器手柄夹紧焊接件、焊后松开的时间约2.2×16=35.2 s=0.587 min。(3)间断、对称焊接的平均时间为0.25×24=6 min,加上1 min焊接走动时间共计7min。(4)单件导轨焊接合计时间约2.5+0.587+7=10.087 min。

综合上列数据分析,采用传统焊夹具,焊接件从窄形定位夹紧通道中焊前插入、焊后抽出速度慢,效率低。新焊夹具为敞开式结构,焊接件放入与取出无干扰、快速方便,焊后导轨尺寸稳定,夹具使用寿命长。新、旧焊夹具焊接的工作效率相差3.5倍左右(不包含旧夹具螺钉需经常更换的时间)。

5 结语

经过多年来市场发展,我公司各类全自动(数控)轻工装备生产流水线已远销国内外,并荣获国内行业客户“交钥匙”工程名牌企业称号。产品的更新离不开技术创新,本夹具设计结构简单,操作快捷、通用、方便,焊接成型后导轨变形量完全控制在设计图要求的公差范围内。满足生产需求是每个企业和技术人员追求的目标,本文论证了只有技术不断创新,才能推动社会生产力快速发展。

摘要：设计了一种集纵、横两梁为一体,能在基座上快速定位、夹(顶)紧、焊接出“T”型导轨的夹具。在分析导轨在焊夹具上夹(顶)力受力状态的基础上,通过焊接件原材料变形量大小进行强度校核、夹(顶)力计算,以选择合适的快速夹(顶)紧器来控制导轨焊接变形,提高了焊接效率,确保了导轨精度,改善了传统笨拙的装焊工艺。批量生产实践证明,该夹具与传统焊夹具相比不仅结构简单、成本低、生产效率高,而且在超大间距导轨长度范围内可任意扩大或缩小焊接位置,控制焊接变形,焊接出的导轨完全能达到设计图纸的形位公差要求,为目前轻机行业有类似焊接件的同行提供了有益借鉴。

关键词：“T”型导轨,焊夹具,快速夹(顶)紧器,焊接变形

参考文献

[1]王纯祥.焊接工装夹具设计及应用[M].化学工业出版社.2011

[2]张百新.工程力学[M].冶金工业出版社,2008

[3]曹丽杰,刘小妹.李培超.材料力学[M].清华大学出版社,2013

[4]陈大先.机械设计手册(第1卷)[M].第5版.化学工业出版社,2000

[5]邱言龙.焊工实用技术手册[M].中国电力出版社.2008

顶部驱动导轨扶正调节装置的设计篇7

关键词：导轨,扶正调节装置,调节丝杠,楔块结构

1 背景及意义

随着钻井技术的持续改进和钻井安全要求的不断提高, 顶部驱动装置正逐渐成为钻机的必备设备。目前, 海洋钻井平台全部装备了顶驱, 陆地石油钻机也越来越多地装备了顶驱。而导轨是顶部驱动装置不可缺少的组成部分, 为顶部驱动装置提供了上下移动的轨道, 并且可以将顶驱固定在导轨上, 从而将游车或大钩解放出来以便处理特殊工况。顶驱工作时90%以上的时间位于最下面的两段导轨高度上, 所以顶驱本体产生的扭矩会通过导轨最下段连接的扭矩梁传递到井架。

目前, 国内外在役的顶部驱动钻井装备中用的导轨, 其顶端均采用与天车底部耳板销轴连接的形式。导轨与井架的连接分为两种结构形式, 一种是导轨与井架的连接只有一处, 如图1中 (a) 所示, 即最下段导轨通过扭矩梁和井架横梁连接, 这种结构导轨在钻井作业时承受扭矩, 扭矩通过扭矩梁传递到井架, 但因为导轨结构总体细长, 承扭时会导致其发生扭转;另一种是在第一种连接形式的基础上, 将最上段调整板或最上段导轨通过小扭矩梁与井架背梁连接, 如图1中 (b) 所示, 导轨所承受的扭矩的传递与第一种结构形式几乎完全相同, 但小扭矩梁与导轨下端的扭矩梁距离太远, 并且因为顶驱本体在工作时处于导轨的中下部, 所以小扭矩梁无法起到扶正的作用。鉴于现状, 研制开发了导轨扶正调节装置, 实现了以低成本解决大问题。

2 主要结构及工作原理

该导轨扶正调节装置连接第二段导轨 (从下往上依次为第一段、第二段……) 和井架, 使得导轨和井架的连接由一处变成两处, 从而解决了导轨承受扭矩时的扶正问题。主要由调节丝杠和夹紧装置两部分组成, 而这两部分分别可实现一定尺寸范围内水平和竖直方向任意位置的调节;夹紧装置与导轨的连接采用楔块结构夹紧, 可沿导轨上下移动以适应不同的高度要求;同时调节丝杠左右两端销轴的布置方向使得该装置不承受顶驱工作时的扭矩。由于该装置的结构设计, 使得被连接的导轨部位无需任何钻孔或焊接操作, 所以可以根据具体的导轨使用情况在现场快速调节该装置与导轨的相对位置。以下通过附图进一步说明该装置的工作原理, 如图2~4所示。

图中:1.双头螺柱;2.压板;3.连接座;4.销轴;5.调节丝杠;6.销轴;7.调节耳座;8.夹紧装置;9;粗丝杠;10.防松螺母;11.焊接螺母;12.中间管;13.左旋焊接螺母;14.左旋防松螺母;15.左旋粗丝杠;16.井架横梁;17.导轨;18.固定块;19.活动块;20.螺栓;21.旋转轴;22.定位轴;

该顶驱导轨扶正调节装置, 由双头螺柱 (1) 、压板 (2) 、连接座 (3) 、销轴I (4) 、调节丝杠 (5) 、销轴II (6) 、调节耳座 (7) 、夹紧装置 (8) 、井架横梁 (16) 、导轨 (17) 、等组成。压板 (2) 和连接座 (3) 通过双头螺柱 (1) 连接并与井架横梁 (16) 固定;销轴I (4) 水平布置连接连接座 (3) 和调节丝杠 (5) , 调节丝杠 (5) 另一端通过销轴II (6) 竖直布置与调节耳座 (7) 连接, 如图3所示, 调节丝杠 (5) 由粗丝杠 (9) 、防松螺母 (10) 、焊接螺母 (11) 、中间管 (12) 、左旋焊接螺母 (13) 、左旋防松螺母 (14) 和左旋粗丝杠 (15) 组成, 通过转动中间管 (12) 带动粗丝杠 (9) 和左旋粗丝杠 (15) 相向运动, 从而实现井架横梁 (16) 和导轨 (17) 之间水平距离的调节。

如图4所示, 进一步说明夹紧装置 (8) 的安装过程如下, 夹紧装置 (8) 由固定块 (18) 、活动块 (19) 、螺栓 (20) 、旋转轴 (21) 和定位轴 (22) 组成, 固定块 (18) 通过旋转轴 (21) 和定位轴 (22) 与调节耳座 (7) 上的双耳座连接, 移去定位轴 (22) , 固定块 (18) 绕旋转轴 (21) 旋转, 使得调节耳座 (7) 和导轨 (17) 实现面面接触后, 再将固定块 (18) 绕旋转轴 (21) 旋转至图中所示工作位置, 并调整好夹紧装置 (8) 相对导轨 (17) 的高度位置, 安装活动块 (19) 和螺栓 (20) , 固定块 (18) 和活动块 (19) 组成楔块结构, 随着螺栓 (20) 的安装, 两者会沿着倾斜面发生相对运动, 实现了活动块 (19) 向导轨 (17) 面靠近的运动, 从而将导轨 (17) 和调节耳座 (7) 夹紧。

本文中的导轨扶正调节装置是以图5所示的导轨截面图为例来设计的, 对于其他不同截面的顶驱导轨, 都可以通过对导轨或者调节耳座 (7) 进行适当的结构调整来实现该装置的使用。

3 技术特点总结

该导轨扶正调节装置结构简单, 成本低, 结构巧妙, 占用空间小, 不仅可以在新顶部驱动装置的导轨中配备, 也可以单独增加到已有的传动导轨中, 同样能达到以下使用效果:

1) 顶驱导轨扶正调节装置安装在导轨偏中下部, 相比传统安装于顶端调整板或顶端导轨, 更利于导轨承受扭矩时竖直方向的扶正;

2) 配备调节丝杠, 可适应井架横梁与导轨之间不同的距离;

3) 调节丝杠两端的销轴I和销轴II垂直布置, 防止该装置承受扭矩;

4) 夹紧装置采用楔块结构夹紧, 可沿导轨上下移动以适应不同的高度要求。

参考文献

[1]SY/T 6726-2008, 石油钻机顶部驱动装置[S].北京:国家发展改革委员会, 2008.

[2]孙松尧.钻井机械[M].北京:石油工业出版社, 2006.8.

[3]SY/T 6870-2012, 石油钻机顶部驱动装置安装、调试与维护[S].国家能源局, 2012.

[4]沈泽俊.采用顶驱钻井作业提高工作的安全性[J].石油工业技术监督, 2006, 1:45~47.