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回转接头试验机旋转系统的设计及零件有限元分析

[摘要]:
回转接头主要用于实现固定部分与回转部分间流体的输送。广泛应用于工程机械、深海勘探、石油钻井等多领域。本文主要介绍国内企业回转接头耐久性测试常见的做法和国外的回转接头测试的研究现状。并根据国内外的研究进行分析和拓展，利用现有文献查阅进行拟定试验系统构成方案，确定试验系统的研究内容。

关键词：回转接头 试验机 旋转系统 耐久性试验

1. 前言

回转接头在工程机械、深海勘探、石油钻井等诸多领域有广泛的开发和应用，是液压系统中重要的动密封装置^{[1、2、3、4]}。回转接头可以将流体介质从固定管路输送到运动管路或设备中，实现动力的灵活传输。回转接头回转力矩小^[5]，工作压力高，密封性能好，其工作性能会对机器的运行状况产生影响。由于回转接头特殊的安装位置^[6],安装在挖掘机、起重机的主机回转平台与驾驶室间,导致进行回转接头维护更换时,需要对主机整体进行拆卸,将耗费极大的人力物力。因此为保证质量,避免产品频繁的维护更换,需要对其性能进行一系列试验评估。工程机械回转接头的试验需要专门的试验设备^[7、8],目前国内尚未有对回转接头进行检测的完善的试验方法及设备。因此,回转接头试验机旋转系统的设计对提高回转接头出厂性能有着重要意义。

1. 国内外研究概况

2.1国内研究现状

在国内对于回转接头的生产还处于发展阶段^[4]，生产回转接头的厂家很多，比如徐工集团工程机械股份有限公司、湖南特力液压有限公司、重庆长江涂装机械厂、江苏鼎晟液压有限公司、富伟精密机械（宁波)有限公司等，部分产品已经能够替代进口产品，但有关检测的标准和测试设备还有待研究和开发，厂家常用的做法是采用简单的装备与设备，通过人工观测仪表读数，手工填写检测结果，这种做法既不能进行连续的测量，也不能实现精准测量，从而严重影响了产品的市场竞争力。近几年我国在回转接头试验系统的研究上有了新的进展，在2010年6月29日江苏徐州工程机械研究院申请了一项发明专利《中央回转接头耐久性试验方法及专用装置》、一项实用新型专利《中心回转接头耐久性试验装置》^[5、6]，这是一种属于液压元件的试验方法及装置，该装置如图1-1所示

图1-1中心回转接头耐久性试验装置原理图

该装置可以实现中心回转接头套筒和定子正反往复运动，同时对套筒加载侧向力且侧向力可以调节，其基本原理是当三位四通电磁换向阀的电磁铁YA2通电，三位四通电磁换向阀换向到右位，液压缸伸出，使中心回转接头定子与套筒旋转，当液压缸运动伸出到一定位置时，行程检测开关检测其位置,控制三位四通电磁阀的电磁铁YA1通电，三位四通电磁换向阀换向到左位，液压缸缩回，中心回转接头定子与套筒向相反的方向旋转，当液压缸缩回到一定位置时，行程检测开关检测其位置，如此往复运行。调节节流阀5和节流阀6调整液压缸缩回和伸出的速度来调整中心回转接头定子与套筒相对旋转的速度。当两位两通电磁换向阀的电磁铁 YA3通电，径向加压缸向两边中心回转接头的套筒施加侧向力，通过调节减压阀7来调节侧向加压缸的侧向力。它的优点是试验装置同时对多个回转接头进行试验，回转接头定子与套筒之间的正反两个方向自动反复旋转运动，径向加压缸可以对回转接头加载侧向力，与回转接头的实际工况相同。在2010年由江阴长龄机械制造有限公司和天津工程机械研究院联合起草了一份关于工程机械回转接头的国家标准,即《液压挖掘机中央回转接头》GB/T 25629—2010，标准对液压挖掘机用回转接头进行了定义、分类，规定了回转接头的一般性能要求、试验方法、检验规则^[7]等。它填补了国内空白，使回转接头的测试有了可参照的标准。