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一種內卡環連接方式的設計研究
2014-09-02查看:
簡要介紹了一種內卡環連接方式。主要用于動態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
高效液相色譜系統是天然產物高純度提取的高技術，廣泛應用于中藥、精細化工、生物、蛋白、基因工程等領域。動態軸向壓縮柱（DAC）是高效液相色譜系統的核心設備，衡量柱效的主要指標是理論塔板數，對于給定的填料，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、設計思想概要
動態軸向壓縮柱（DAC）主要由固定在連接板支架上的加壓油缸和柱子組成，柱子內裝有填料，油缸通過活塞對柱子內的填料進行加壓，填料在壓力作用下被壓實。動態軸向壓縮柱（DAC）的主要作用是把填料壓實，并保持在這一位置不變，即動態軸向壓縮柱（DAC）要具有保壓功能。要實現這一過程就要滿足三個條件：（1）、油缸要提供穩定、持續的壓力。動態軸向壓縮柱（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，也會影響實驗效果，這就要求系統要有保壓功能；（2）油缸在下壓過程中有會產生很大的壓力，所以柱子和連接支架要選擇合適的連接方式，避免因受力過大發生破壞現象；（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柱筒內壁的磨損。本次設計嘗試開發一種內卡環連接裝置，即可以解決柱子和連接支架的連接，又能補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密封效果。
2、設計分析
2.1工作原理
如圖1所示，驅動機構驅動活塞5上下運動，活塞下面是固定在連接支架3上的柱筒4，柱筒4內裝有做實驗用的填料。驅動機構驅動活塞向下運動時，活塞壓緊填料。活塞保持一定的壓力不變，在軸向方面不能有位移，整個系統被稱為動態軸向壓縮柱（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
高效液相色譜系統是天然產物高純度提取的高技術，廣泛應用于中藥、精細化工、生物、蛋白、基因工程等領域。動態軸向壓縮柱（DAC）是高效液相色譜系統的核心設備，衡量柱效的主要指標是理論塔板數，對于給定的填料，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、設計思想概要
動態軸向壓縮柱（DAC）主要由固定在連接板支架上的加壓油缸和柱子組成，柱子內裝有填料，油缸通過活塞對柱子內的填料進行加壓，填料在壓力作用下被壓實。動態軸向壓縮柱（DAC）的主要作用是把填料壓實，并保持在這一位置不變，即動態軸向壓縮柱（DAC）要具有保壓功能。要實現這一過程就要滿足三個條件：（1）、油缸要提供穩定、持續的壓力。動態軸向壓縮柱（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，也會影響實驗效果，這就要求系統要有保壓功能；（2）油缸在下壓過程中有會產生很大的壓力，所以柱子和連接支架要選擇合適的連接方式，避免因受力過大發生破壞現象；（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柱筒內壁的磨損。本次設計嘗試開發一種內卡環連接裝置，即可以解決柱子和連接支架的連接，又能補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密封效果。
2、設計分析
2.1工作原理
如圖1所示，驅動機構驅動活塞5上下運動，活塞下面是固定在連接支架3上的柱筒4，柱筒4內裝有做實驗用的填料。驅動機構驅動活塞向下運動時，活塞壓緊填料。活塞保持一定的壓力不變，在軸向方面不能有位移，整個系統被稱為動態軸向壓縮柱（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
圖標記說明：1法蘭，2內卡環，3連接支架，4柱筒，5活塞，6活塞桿，7螺栓。
2.2選擇合適的驅動機構
活塞要保持穩定的壓力不變，而且當柱筒內填料發生破碎（當壓力很大時會發生意外情況）時系統仍然要維持壓力不變，以免發生空穴現象，也就是說當填料發生破碎時，活塞就要相應的向下移動一定的位移。所以本設計選擇液壓系統，用氣驅液壓泵給系統提供穩定的壓力，當液壓系統有泄露或填料發生破碎導致壓力變化時，氣驅液泵形成壓力差值，會自行啟動，直到達到之前的壓力值，并保持穩定。
2.3內卡環的加工
內卡環的作用是將柱筒和連接支架可靠的連接在一起，內卡環為兩個半圓形環。加工時要先加工一個內徑等于柱筒環形槽內徑的圓環，然后再用線切割的方式將圓環分成兩個半圓環，在加工的過程中一定要注意加工精度，使內卡環可靠地卡在環形槽內。
2.4關于活塞密封和同軸度問題的解決方案
要保證系統正常工作，必須解決密封問題，即活塞在下壓和保壓過程中，柱筒內的填料和所流動的液體不能有任何的泄露，否則會影響實驗效果、浪費原料、污染環境。
要解決密封問題需要從三方面考慮：（1）選擇優質的密封圈，本設計選擇U形彈簧蓄能密封圈；（2）保證柱筒內壁光潔度，本設計柱筒內壁光潔度為≤0.2μm；（3）保證活塞和柱筒的同軸度，這就要求在設計時候考慮設計一個能自動調心的裝置，使活塞在向下運動的過程中能和柱筒自動對中。本設計重點講解解決同軸度的問題。
要解決活塞和柱筒安裝時的同軸度誤差問題，可以從兩方面入手：（1）考慮加裝一自動調心裝置。可以考慮在活塞和活塞桿連接的地方添加這一裝置，但是此行勢必會使結構變得復雜，增加成本，增加不必要的設計量；（2）從現有結構出發，考慮是否有改進的地方，通過在現有基礎上的改進，達到我們所要的效果，精進結構，提高效能，這也是現代機械設計的原則之一。
如圖1所示，內卡環卡在柱筒外壁上，內卡環和法蘭之間留有1mm的間隙，柱子外壁和法蘭、連接支架留有1mm的間隙。這樣當內卡環和柱筒、法蘭、連接支架連接好后，可以自由活動，柱筒的自由度沒有被完全限制，柱筒在一定范圍內的活動量補償了活塞和柱筒在安裝過程中的同軸度誤差，起到了自動調整的作用。
3.結束語
在機械設計過程中既要考慮結構的合理性，又要考慮可行性。當涉及一種連接方式時，不妨多考慮幾種方法，對幾種方法進行分析，必要時進行受力分析計算，再聯系實際情況作出合理的選擇。內卡環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的同軸度誤差問題，經濟可靠，性能優良，符合現代設計的要求。
【參考文獻】
[1]濮良貴 紀名剛主編。機械設計。北京：高等教育出版社，2001,6
[2]范欽珊主編。工程力學。北京：機械工業出版社，2006,7
[3]成大先主編。機械設計手冊（第五版）。北京：化學工業出版社，2007,11
2.2選擇合適的驅動機構
活塞要保持穩定的壓力不變，而且當柱筒內填料發生破碎（當壓力很大時會發生意外情況）時系統仍然要維持壓力不變，以免發生空穴現象，也就是說當填料發生破碎時，活塞就要相應的向下移動一定的位移。所以本設計選擇液壓系統，用氣驅液壓泵給系統提供穩定的壓力，當液壓系統有泄露或填料發生破碎導致壓力變化時，氣驅液泵形成壓力差值，會自行啟動，直到達到之前的壓力值，并保持穩定。
2.3內卡環的加工
內卡環的作用是將柱筒和連接支架可靠的連接在一起，內卡環為兩個半圓形環。加工時要先加工一個內徑等于柱筒環形槽內徑的圓環，然后再用線切割的方式將圓環分成兩個半圓環，在加工的過程中一定要注意加工精度，使內卡環可靠地卡在環形槽內。
2.4關于活塞密封和同軸度問題的解決方案
要保證系統正常工作，必須解決密封問題，即活塞在下壓和保壓過程中，柱筒內的填料和所流動的液體不能有任何的泄露，否則會影響實驗效果、浪費原料、污染環境。
要解決密封問題需要從三方面考慮：（1）選擇優質的密封圈，本設計選擇U形彈簧蓄能密封圈；（2）保證柱筒內壁光潔度，本設計柱筒內壁光潔度為≤0.2μm；（3）保證活塞和柱筒的同軸度，這就要求在設計時候考慮設計一個能自動調心的裝置，使活塞在向下運動的過程中能和柱筒自動對中。本設計重點講解解決同軸度的問題。
要解決活塞和柱筒安裝時的同軸度誤差問題，可以從兩方面入手：（1）考慮加裝一自動調心裝置。可以考慮在活塞和活塞桿連接的地方添加這一裝置，但是此行勢必會使結構變得復雜，增加成本，增加不必要的設計量；（2）從現有結構出發，考慮是否有改進的地方，通過在現有基礎上的改進，達到我們所要的效果，精進結構，提高效能，這也是現代機械設計的原則之一。
如圖1所示，內卡環卡在柱筒外壁上，內卡環和法蘭之間留有1mm的間隙，柱子外壁和法蘭、連接支架留有1mm的間隙。這樣當內卡環和柱筒、法蘭、連接支架連接好后，可以自由活動，柱筒的自由度沒有被完全限制，柱筒在一定范圍內的活動量補償了活塞和柱筒在安裝過程中的同軸度誤差，起到了自動調整的作用。
3.結束語
在機械設計過程中既要考慮結構的合理性，又要考慮可行性。當涉及一種連接方式時，不妨多考慮幾種方法，對幾種方法進行分析，必要時進行受力分析計算，再聯系實際情況作出合理的選擇。內卡環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的同軸度誤差問題，經濟可靠，性能優良，符合現代設計的要求。
【參考文獻】
[1]濮良貴 紀名剛主編。機械設計。北京：高等教育出版社，2001,6
[2]范欽珊主編。工程力學。北京：機械工業出版社，2006,7
[3]成大先主編。機械設計手冊（第五版）。北京：化學工業出版社，2007,11
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