□ 呂紅瑞 □ 秦 俊 □ 鄧文星 □ 閆佳佳

山西航天清華裝備有限責(zé)任公司 山西長治 046012

1 設(shè)計(jì)背景

彈簧閥是地面發(fā)射設(shè)備中的重要部件,在多次使用后,會(huì)出現(xiàn)一定油量的泄漏。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn),彈簧閥某些零件存在一定程度的磨損,影響整體質(zhì)量。對(duì)此,需要研究彈簧閥可靠性試驗(yàn)方法,為生產(chǎn)可靠的彈簧閥產(chǎn)品奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[1-2]。

筆者在介紹彈簧閥各部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和試驗(yàn)難點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對(duì)彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)工藝和裝置技術(shù)進(jìn)行研究,設(shè)計(jì)了一套彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置。這一彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置可以實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)過程的機(jī)械化、自動(dòng)化,將傳統(tǒng)的人工試驗(yàn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化試驗(yàn),達(dá)到精確控制與自動(dòng)試驗(yàn)的目標(biāo)。

2 彈簧閥結(jié)構(gòu)

彈簧閥結(jié)構(gòu)如圖1所示,主要由一級(jí)閥心、二級(jí)閥心、頂桿、旋轉(zhuǎn)臂等組成。

圖1 彈簧閥結(jié)構(gòu)

3 彈簧閥工作原理

彈簧閥的工作原理為,在起豎與回收過程中,一級(jí)閥心、二級(jí)閥心處于關(guān)閉狀態(tài),油口P1、油口P2、回油口T互不相通,沒有液壓油流過閥體;到位后,通過旋轉(zhuǎn)臂推動(dòng)頂桿移動(dòng),一級(jí)閥心、二級(jí)閥心按順序開啟,油口P1連接起豎缸正腔,油口P2連接起豎缸反腔,油口P1、油口P2與回油口T連通,將起豎油缸正反腔連通并泄壓,停止運(yùn)動(dòng)。

4 彈簧閥試驗(yàn)項(xiàng)目

一般需要對(duì)彈簧閥進(jìn)行三項(xiàng)內(nèi)容的驗(yàn)證,以確保彈簧閥的性能滿足要求。

(1)彈簧閥在長時(shí)間反復(fù)作用下,驗(yàn)證其性能的穩(wěn)定性和密封的可靠性。

(2)長時(shí)間工作之后,驗(yàn)證彈簧閥各構(gòu)件與密封件的磨損情況。

(3)長時(shí)間工作之后,驗(yàn)證彈簧閥的性能變化情況。

基于以上各項(xiàng)驗(yàn)證內(nèi)容,彈簧閥可靠性試驗(yàn)項(xiàng)目包括:

(1)每分鐘3次、循環(huán)5 000次進(jìn)行可靠性摸底試驗(yàn);

(2)每進(jìn)行1 000次試驗(yàn)后,對(duì)閥件進(jìn)行拆解檢查;

(3)完成拆解檢查后,再進(jìn)行常規(guī)檢查。

5 彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置功能

彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置需要具備的功能包括:① 自動(dòng)循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng);② 自動(dòng)計(jì)數(shù);③ 達(dá)到設(shè)定次數(shù)停止。

6 設(shè)計(jì)方案

彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)原理為,減速電機(jī)帶動(dòng)偏心輪運(yùn)動(dòng),偏心輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng),軸向推動(dòng)一級(jí)閥心、二級(jí)閥心由自由狀態(tài)達(dá)到最大行程32 mm,再從最大行程平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)到自由狀態(tài)。往復(fù)試驗(yàn)達(dá)到1 000次后,需要拆解檢查閥件。彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)

為了使設(shè)計(jì)目標(biāo)更清晰、明確,措施完善,責(zé)任得到落實(shí),制訂實(shí)施流程,確保彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)成功。實(shí)施流程如圖3所示。

圖3 實(shí)施流程

7 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

7.1 減速電機(jī)

減速電機(jī)通常每小時(shí)起停次數(shù)少于10次,在常溫下使用,按恒定轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)?；诮y(tǒng)計(jì)工作載荷和運(yùn)動(dòng)速度情況,確定減速電機(jī)型號(hào)為MTD67MTD37-Y0.18-4P-448-M1-0°。

7.2 計(jì)數(shù)器

根據(jù)減速電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間計(jì)數(shù)存在誤差,需要人工時(shí)刻記錄并進(jìn)行反求,得出推桿前進(jìn)的次數(shù),這樣做并不合理。此外,計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)應(yīng)大于5 000。綜合考慮后,選擇磁感應(yīng)數(shù)字顯示電子計(jì)數(shù)器,型號(hào)為TT-5J,達(dá)到自動(dòng)計(jì)數(shù)的目的[5]。計(jì)數(shù)器安裝如圖4所示。

圖4 計(jì)數(shù)器安裝

7.3 機(jī)架

機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí),要確定減速電機(jī)和計(jì)數(shù)器的安裝位置、彈簧閥的安裝位置,以及頂桿滑動(dòng)時(shí)銅套的支撐位置,并且機(jī)架受力應(yīng)在許用應(yīng)力范圍內(nèi)[6-7]。通過有限元分析,確定合適的鋼板尺寸,由鋼板焊接為機(jī)架。機(jī)架應(yīng)力云圖如圖5所示,可看出最大應(yīng)力為23.32 MPa,小于許用應(yīng)力,機(jī)架設(shè)計(jì)合理。

圖5 機(jī)架應(yīng)力云圖

7.4 偏心輪

根據(jù)一級(jí)閥心、二級(jí)閥心由自由狀態(tài)達(dá)到最大行程32 mm設(shè)計(jì)偏心輪,偏心輪的特點(diǎn)為凸輪輪廓的半徑軸不影響運(yùn)動(dòng)參數(shù),有很好的運(yùn)動(dòng)規(guī)律[8]。偏心輪結(jié)構(gòu)尺寸如圖6所示。

圖6 偏心輪結(jié)構(gòu)尺寸

7.5 銅套

為了使頂桿在機(jī)架內(nèi)滑動(dòng)自如,設(shè)計(jì)了銅套。銅套的中間位置設(shè)計(jì)有油槽,可以保證頂桿順利滑動(dòng)。銅套結(jié)構(gòu)尺寸如圖7所示。

圖7 銅套結(jié)構(gòu)尺寸

8 設(shè)計(jì)結(jié)果

各零部件設(shè)計(jì)完成后,對(duì)彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置樣機(jī)進(jìn)行仿真,得出頂桿位移、速度、加速度曲線,確認(rèn)頂桿能夠?qū)崿F(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng),并且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)[9]。

對(duì)所設(shè)計(jì)的彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置進(jìn)行組裝和調(diào)試[10-11],保證頂桿在銅套內(nèi)運(yùn)動(dòng)自如。試驗(yàn)裝置實(shí)物如圖8所示。

圖8 彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置實(shí)物

9 結(jié)束語

針對(duì)現(xiàn)有彈簧閥試驗(yàn)的特點(diǎn)及難點(diǎn),筆者設(shè)計(jì)了彈簧閥往復(fù)試驗(yàn)裝置。這一試驗(yàn)裝置能夠驗(yàn)證彈簧閥在長時(shí)間反復(fù)作用下的穩(wěn)定性、密封性,有效保證型號(hào)產(chǎn)品的研制生產(chǎn)可靠性,為后續(xù)合格產(chǎn)品的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。