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一種內(nèi)卡環(huán)連接方式的設(shè)計研究

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、精細化工、生物、蛋白、基因工程等領(lǐng)域。動態(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)計思想概要
  動態(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,油缸通過活塞對柱子內(nèi)的填料進行加壓,填料在壓力作用下被壓實。動態(tài)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(tài)軸向壓縮柱(DAC)要具有保壓功能。要實現(xiàn)這一過程就要滿足三個條件:(1)、油缸要提供穩(wěn)定、持續(xù)的壓力。動態(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,也會影響實驗效果,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柱筒內(nèi)壁的磨損。本次設(shè)計嘗試開發(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(shè)計分析
  2.1工作原理
  如圖1所示,驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)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(nèi)裝有做實驗用的填料。驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動活塞向下運動時,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,整個系統(tǒng)被稱為動態(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)動機構(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)壓力很大時會發(fā)生意外情況)時系統(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,活塞就要相應(yīng)的向下移動一定的位移。所以本設(shè)計選擇液壓系統(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,氣驅(qū)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(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)為兩個半圓形環(huán)。加工時要先加工一個內(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(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)計時候考慮設(shè)計一個能自動調(diào)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(shè)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(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,但是此行勢必會使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜,增加成本,增加不必要的設(shè)計量;(2)從現(xiàn)有結(jié)構(gòu)出發(fā),考慮是否有改進的地方,通過在現(xiàn)有基礎(chǔ)上的改進,達到我們所要的效果,精進結(jié)構(gòu),提高效能,這也是現(xiàn)代機械設(shè)計的原則之一。
  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,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(diào)整的作用。
3.結(jié)束語
  在機械設(shè)計過程中既要考慮結(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,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(lián)系實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的同軸度誤差問題,經(jīng)濟可靠,性能優(yōu)良,符合現(xiàn)代設(shè)計的要求。
【參考文獻】
  [1]濮良貴 紀(jì)名剛主編。機械設(shè)計。北京:高等教育出版社,2001,6
  [2]范欽珊主編。工程力學(xué)。北京:機械工業(yè)出版社,2006,7
  [3]成大先主編。機械設(shè)計手冊(第五版)。北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007,11
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