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一種內(nèi)卡環(huán)連接方式的設(shè)計(jì)研究
2014-09-02查看:
簡要介紹了一種內(nèi)卡環(huán)連接方式。主要用于動(dòng)態(tài)軸向壓縮制備色譜柱的柱筒和法蘭之間的連接，并解決了活塞和柱...
引 言
高效液相色譜系統(tǒng)是天然產(chǎn)物高純度提取的高技術(shù)，廣泛應(yīng)用于中藥、精細(xì)化工、生物、蛋白、基因工程等領(lǐng)域。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）是高效液相色譜系統(tǒng)的核心設(shè)備，衡量柱效的主要指標(biāo)是理論塔板數(shù)，對(duì)于給定的填料，柱效主要依賴于柱子的填充方法和柱長，該部分在物理層面直接決定了柱子的分離分析效果。
1、設(shè)計(jì)思想概要
動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）主要由固定在連接板支架上的加壓油缸和柱子組成，柱子內(nèi)裝有填料，油缸通過活塞對(duì)柱子內(nèi)的填料進(jìn)行加壓，填料在壓力作用下被壓實(shí)。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）的主要作用是把填料壓實(shí)，并保持在這一位置不變，即動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）要具有保壓功能。要實(shí)現(xiàn)這一過程就要滿足三個(gè)條件：（1）、油缸要提供穩(wěn)定、持續(xù)的壓力。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）在使用過程中，活塞要保持在一定的位置不變，即使有微量的位移，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，這就要求系統(tǒng)要有保壓功能；（2）油缸在下壓過程中有會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，所以柱子和連接支架要選擇合適的連接方式，避免因受力過大發(fā)生破壞現(xiàn)象；（3）在安裝過程中要保證柱筒和活塞的同軸度，以保證密封和減少活塞對(duì)柱筒內(nèi)壁的磨損。本次設(shè)計(jì)嘗試開發(fā)一種內(nèi)卡環(huán)連接裝置，即可以解決柱子和連接支架的連接，又能補(bǔ)償安裝過程中的同軸度誤差，這也有利于柱子和油缸的活動(dòng)密封效果。
2、設(shè)計(jì)分析
2.1工作原理
如圖1所示，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞5上下運(yùn)動(dòng)，活塞下面是固定在連接支架3上的柱筒4，柱筒4內(nèi)裝有做實(shí)驗(yàn)用的填料。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞壓緊填料?；钊３忠欢ǖ膲毫Σ蛔?，在軸向方面不能有位移，整個(gè)系統(tǒng)被稱為動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）。
圖1是該連接方式的剖視圖
圖2是該連接方式的俯視圖
高效液相色譜系統(tǒng)是天然產(chǎn)物高純度提取的高技術(shù)，廣泛應(yīng)用于中藥、精細(xì)化工、生物、蛋白、基因工程等領(lǐng)域。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）是高效液相色譜系統(tǒng)的核心設(shè)備，衡量柱效的主要指標(biāo)是理論塔板數(shù)，對(duì)于給定的填料，柱效主要依賴于柱子的填充方法和柱長，該部分在物理層面直接決定了柱子的分離分析效果。
1、設(shè)計(jì)思想概要
動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）主要由固定在連接板支架上的加壓油缸和柱子組成，柱子內(nèi)裝有填料，油缸通過活塞對(duì)柱子內(nèi)的填料進(jìn)行加壓，填料在壓力作用下被壓實(shí)。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）的主要作用是把填料壓實(shí)，并保持在這一位置不變，即動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）要具有保壓功能。要實(shí)現(xiàn)這一過程就要滿足三個(gè)條件：（1）、油缸要提供穩(wěn)定、持續(xù)的壓力。動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）在使用過程中，活塞要保持在一定的位置不變，即使有微量的位移，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果，這就要求系統(tǒng)要有保壓功能；（2）油缸在下壓過程中有會(huì)產(chǎn)生很大的壓力，所以柱子和連接支架要選擇合適的連接方式，避免因受力過大發(fā)生破壞現(xiàn)象；（3）在安裝過程中要保證柱筒和活塞的同軸度，以保證密封和減少活塞對(duì)柱筒內(nèi)壁的磨損。本次設(shè)計(jì)嘗試開發(fā)一種內(nèi)卡環(huán)連接裝置，即可以解決柱子和連接支架的連接，又能補(bǔ)償安裝過程中的同軸度誤差，這也有利于柱子和油缸的活動(dòng)密封效果。
2、設(shè)計(jì)分析
2.1工作原理
如圖1所示，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞5上下運(yùn)動(dòng)，活塞下面是固定在連接支架3上的柱筒4，柱筒4內(nèi)裝有做實(shí)驗(yàn)用的填料。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞壓緊填料?；钊３忠欢ǖ膲毫Σ蛔?，在軸向方面不能有位移，整個(gè)系統(tǒng)被稱為動(dòng)態(tài)軸向壓縮柱（DAC）。
圖1是該連接方式的剖視圖
圖2是該連接方式的俯視圖
圖標(biāo)記說明：1法蘭，2內(nèi)卡環(huán)，3連接支架，4柱筒，5活塞，6活塞桿，7螺栓。
2.2選擇合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
活塞要保持穩(wěn)定的壓力不變，而且當(dāng)柱筒內(nèi)填料發(fā)生破碎（當(dāng)壓力很大時(shí)會(huì)發(fā)生意外情況）時(shí)系統(tǒng)仍然要維持壓力不變，以免發(fā)生空穴現(xiàn)象，也就是說當(dāng)填料發(fā)生破碎時(shí)，活塞就要相應(yīng)的向下移動(dòng)一定的位移。所以本設(shè)計(jì)選擇液壓系統(tǒng)，用氣驅(qū)液壓泵給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力，當(dāng)液壓系統(tǒng)有泄露或填料發(fā)生破碎導(dǎo)致壓力變化時(shí)，氣驅(qū)液泵形成壓力差值，會(huì)自行啟動(dòng)，直到達(dá)到之前的壓力值，并保持穩(wěn)定。
2.3內(nèi)卡環(huán)的加工
內(nèi)卡環(huán)的作用是將柱筒和連接支架可靠的連接在一起，內(nèi)卡環(huán)為兩個(gè)半圓形環(huán)。加工時(shí)要先加工一個(gè)內(nèi)徑等于柱筒環(huán)形槽內(nèi)徑的圓環(huán)，然后再用線切割的方式將圓環(huán)分成兩個(gè)半圓環(huán)，在加工的過程中一定要注意加工精度，使內(nèi)卡環(huán)可靠地卡在環(huán)形槽內(nèi)。
2.4關(guān)于活塞密封和同軸度問題的解決方案
要保證系統(tǒng)正常工作，必須解決密封問題，即活塞在下壓和保壓過程中，柱筒內(nèi)的填料和所流動(dòng)的液體不能有任何的泄露，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果、浪費(fèi)原料、污染環(huán)境。
要解決密封問題需要從三方面考慮：（1）選擇優(yōu)質(zhì)的密封圈，本設(shè)計(jì)選擇U形彈簧蓄能密封圈；（2）保證柱筒內(nèi)壁光潔度，本設(shè)計(jì)柱筒內(nèi)壁光潔度為≤0.2μm；（3）保證活塞和柱筒的同軸度，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)候考慮設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)調(diào)心的裝置，使活塞在向下運(yùn)動(dòng)的過程中能和柱筒自動(dòng)對(duì)中。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)講解解決同軸度的問題。
要解決活塞和柱筒安裝時(shí)的同軸度誤差問題，可以從兩方面入手：（1）考慮加裝一自動(dòng)調(diào)心裝置?？梢钥紤]在活塞和活塞桿連接的地方添加這一裝置，但是此行勢必會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加成本，增加不必要的設(shè)計(jì)量；（2）從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)出發(fā)，考慮是否有改進(jìn)的地方，通過在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的改進(jìn)，達(dá)到我們所要的效果，精進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高效能，這也是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的原則之一。
如圖1所示，內(nèi)卡環(huán)卡在柱筒外壁上，內(nèi)卡環(huán)和法蘭之間留有1mm的間隙，柱子外壁和法蘭、連接支架留有1mm的間隙。這樣當(dāng)內(nèi)卡環(huán)和柱筒、法蘭、連接支架連接好后，可以自由活動(dòng)，柱筒的自由度沒有被完全限制，柱筒在一定范圍內(nèi)的活動(dòng)量補(bǔ)償了活塞和柱筒在安裝過程中的同軸度誤差，起到了自動(dòng)調(diào)整的作用。
3.結(jié)束語
在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中既要考慮結(jié)構(gòu)的合理性，又要考慮可行性。當(dāng)涉及一種連接方式時(shí)，不妨多考慮幾種方法，對(duì)幾種方法進(jìn)行分析，必要時(shí)進(jìn)行受力分析計(jì)算，再聯(lián)系實(shí)際情況作出合理的選擇。內(nèi)卡環(huán)連接方式即解決了柱筒的連接方式問題，又解決了活塞和柱筒安裝時(shí)的同軸度誤差問題，經(jīng)濟(jì)可靠，性能優(yōu)良，符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)的要求。
【參考文獻(xiàn)】
[1]濮良貴 紀(jì)名剛主編。機(jī)械設(shè)計(jì)。北京：高等教育出版社，2001,6
[2]范欽珊主編。工程力學(xué)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006,7
[3]成大先主編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版）。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007,11
2.2選擇合適的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)
活塞要保持穩(wěn)定的壓力不變，而且當(dāng)柱筒內(nèi)填料發(fā)生破碎（當(dāng)壓力很大時(shí)會(huì)發(fā)生意外情況）時(shí)系統(tǒng)仍然要維持壓力不變，以免發(fā)生空穴現(xiàn)象，也就是說當(dāng)填料發(fā)生破碎時(shí)，活塞就要相應(yīng)的向下移動(dòng)一定的位移。所以本設(shè)計(jì)選擇液壓系統(tǒng)，用氣驅(qū)液壓泵給系統(tǒng)提供穩(wěn)定的壓力，當(dāng)液壓系統(tǒng)有泄露或填料發(fā)生破碎導(dǎo)致壓力變化時(shí)，氣驅(qū)液泵形成壓力差值，會(huì)自行啟動(dòng)，直到達(dá)到之前的壓力值，并保持穩(wěn)定。
2.3內(nèi)卡環(huán)的加工
內(nèi)卡環(huán)的作用是將柱筒和連接支架可靠的連接在一起，內(nèi)卡環(huán)為兩個(gè)半圓形環(huán)。加工時(shí)要先加工一個(gè)內(nèi)徑等于柱筒環(huán)形槽內(nèi)徑的圓環(huán)，然后再用線切割的方式將圓環(huán)分成兩個(gè)半圓環(huán)，在加工的過程中一定要注意加工精度，使內(nèi)卡環(huán)可靠地卡在環(huán)形槽內(nèi)。
2.4關(guān)于活塞密封和同軸度問題的解決方案
要保證系統(tǒng)正常工作，必須解決密封問題，即活塞在下壓和保壓過程中，柱筒內(nèi)的填料和所流動(dòng)的液體不能有任何的泄露，否則會(huì)影響實(shí)驗(yàn)效果、浪費(fèi)原料、污染環(huán)境。
要解決密封問題需要從三方面考慮：（1）選擇優(yōu)質(zhì)的密封圈，本設(shè)計(jì)選擇U形彈簧蓄能密封圈；（2）保證柱筒內(nèi)壁光潔度，本設(shè)計(jì)柱筒內(nèi)壁光潔度為≤0.2μm；（3）保證活塞和柱筒的同軸度，這就要求在設(shè)計(jì)時(shí)候考慮設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)調(diào)心的裝置，使活塞在向下運(yùn)動(dòng)的過程中能和柱筒自動(dòng)對(duì)中。本設(shè)計(jì)重點(diǎn)講解解決同軸度的問題。
要解決活塞和柱筒安裝時(shí)的同軸度誤差問題，可以從兩方面入手：（1）考慮加裝一自動(dòng)調(diào)心裝置?？梢钥紤]在活塞和活塞桿連接的地方添加這一裝置，但是此行勢必會(huì)使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，增加成本，增加不必要的設(shè)計(jì)量；（2）從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)出發(fā)，考慮是否有改進(jìn)的地方，通過在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的改進(jìn)，達(dá)到我們所要的效果，精進(jìn)結(jié)構(gòu)，提高效能，這也是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的原則之一。
如圖1所示，內(nèi)卡環(huán)卡在柱筒外壁上，內(nèi)卡環(huán)和法蘭之間留有1mm的間隙，柱子外壁和法蘭、連接支架留有1mm的間隙。這樣當(dāng)內(nèi)卡環(huán)和柱筒、法蘭、連接支架連接好后，可以自由活動(dòng)，柱筒的自由度沒有被完全限制，柱筒在一定范圍內(nèi)的活動(dòng)量補(bǔ)償了活塞和柱筒在安裝過程中的同軸度誤差，起到了自動(dòng)調(diào)整的作用。
3.結(jié)束語
在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中既要考慮結(jié)構(gòu)的合理性，又要考慮可行性。當(dāng)涉及一種連接方式時(shí)，不妨多考慮幾種方法，對(duì)幾種方法進(jìn)行分析，必要時(shí)進(jìn)行受力分析計(jì)算，再聯(lián)系實(shí)際情況作出合理的選擇。內(nèi)卡環(huán)連接方式即解決了柱筒的連接方式問題，又解決了活塞和柱筒安裝時(shí)的同軸度誤差問題，經(jīng)濟(jì)可靠，性能優(yōu)良，符合現(xiàn)代設(shè)計(jì)的要求。
【參考文獻(xiàn)】
[1]濮良貴 紀(jì)名剛主編。機(jī)械設(shè)計(jì)。北京：高等教育出版社，2001,6
[2]范欽珊主編。工程力學(xué)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006,7
[3]成大先主編。機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版）。北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007,11
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