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滤板用快速接头组件的设计分析与制作

2025-02-12 40 上传者：管理员

摘要：传统料模滤板软管两端通过管螺纹配合的方式与被联件相联，拆卸麻烦，严重耗费工时，因此设计制作了一种适用于料模滤板的快速接头式软管。分析了软管在安装后的压力因素。利用三维软件建模后进行有限元仿真分析，其两端均设有快速公插头，其端部环槽内套置挡圈和O形橡胶密封圈，与快速母插头相插装配后内部形成环形空腔，U形卡通过快速母插头外侧开设的圆孔插入空腔内，结构整体简单、拆卸方便、密封性好、安全可靠，研究成果可指导洗煤行业的发展。

关键词：
剪切强度
快速接头
料模滤板
有限元分析
输料软管
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压滤机是选煤厂细粒煤泥脱水回收的把关设备,快开式隔膜压滤机作为新一代产品,目前在全国选煤厂的应用较多,过滤部分是压滤机的核心部件,也是周期损耗部件,过滤部分主要由料模滤板､水模滤板和滤布等组成｡煤浆由入料泵通过输料软管进入料模滤板,每块料模滤板上端入料口处连接一输料软管,同时滤板外侧还包裹一张滤布,滤布是易损件,需经常更换,每当更换滤布时都需把输料软管从料模滤板上拆下来,加之煤泥腐蚀堵塞,连接部位极易生锈,传统连接方式拆卸效率极低,而且易损伤螺纹,造成零部件报废｡因此,亟需设计与制造一种结构简单､拆卸方便､安全可靠的,适用于料模滤板上的快速接头式软管[1]｡

1、快速接头式软管的设计

根据压滤机本身设定的输出压力,软管及快速接头需要承受的工作压力为5~10MPa｡更换滤板时,压滤机停止作业,快速接头在断开状态下无需对液体进行自封｡《JB/ZQ4078—2006快速接头(两端开闭式)》介绍了一种自封式快速接头,如图1所示｡该接头承受压力范围较大,且在断开联接时,能封堵液体或气体的泄漏,但结构整体相对复杂,价格较高｡

图1快速接头接通联接图

《GB/T16693—1996软管快速接头》介绍了一种软管快速接头,如图2所示,由阴､阳端接头及钩锁组成,结构整体相对简单,插拔方便快捷,但承受压力能力较力较小,不能满足压滤机使用工况｡

图2A型快速接头接通联接图

同时,汤志东､贠超等撰写的《全自动快换装置快速接头技术综述》一文中,详细介绍了国内外快速接头的发展现状及样式,并分析和评价了其优缺点,对本文设计改造给予了很好的启发｡为快速解决现有压滤机上料模滤板用软管拆卸麻烦的实际问题[2],必须对现有结构改进设计,现结合快速接头发展技术设计了一套用于料模滤板上的快速接头式软管结构总成,结构整体简单､拆卸方便,安全可靠(分别见图3~图5)｡

图3料模滤板用快速接头式软管总成图

图4快速接头装配爆炸图

图5快速接头剖切图

快速接头式软管总成的两端均设有快速公插头,快速公插头一端与外丝快速母插头联接,另一端与内丝快速母插头联接｡外丝快速母插头丝端与料模滤板联接,内丝快速母插头丝端与输料端联接｡公插头外端部､母插头内径部均开设环形槽,相插后内部形成空腔,母插头外径部正对空腔处开设圆孔,圆孔个数为偶数并在圆周方向对称｡U形卡通过母插头外侧开设的圆孔插入空腔并从对称端圆孔内伸出,快速公插头外端下部亦开设环槽,其内套置挡圈和O形橡胶密封圈,O形橡胶密封圈在挡圈下端,主要阻止管内煤泥水溢出｡拆卸时只需把U形卡从母插头圆孔内拔出即可[3]｡

从结构整体来看,受力最大､最关键､最薄弱的是U形卡与公母接头接触处(见图6阴影区域A),现以最大工作压力p=10MPa计算,由图5剖切图可看出,U形卡主要受来自公母接头的横向剪切力,其材料应为抗冲击性的金属,因此,优选弹簧钢如65Mn,《GB/T1222—2007弹簧钢》对相关金属材料的性能做了全面的介绍,65Mn屈服强度为785MPa,要保证U形卡不发生剪切破坏,可得切应力

根据整体使用情况,设定接头内径d=40mm,可得U形卡需承受的拉力

快速接头断面图,如图6所示｡其阴影区域A对应的弧长乘以U形卡厚度,应大于10.8mm｡

图6快速接头断面图

综合式(4)和式(5)计算得d2=57mm,为安全起见,实际取d2=62mm｡

挡圈选用聚四氟乙烯(PTFE)材料,该材料具有抗酸抗碱､抗各种有机溶剂的特点,几乎不溶于所有的溶剂,完全符合煤矿环境,其尺寸如图7所示｡

图7挡圈

O形橡胶密封圈选用丁腈橡胶(NBR)材料,该材料具有较好的耐油性､耐磨性､耐热性和气密性等综合性能,硬度在(85±3)ShoreA范围内,其尺寸如图8所示[4]｡

图8O形橡胶密封圈

2、快速接头的有限元分析

软件有限元仿真的具体过程如下:

(1)进入SolidWorksSimulation仿真模块,建立新静应力分析算例[5-6],如图9所示;

(2)应用材料,根据前文选定的各零件的材料,给相应的零件赋予材料;

(3)联接夹具,将外丝快速母插头螺纹段进行夹具固定;

(4)施加载荷,载荷方向如图5中箭头方向所示,施加压力值为10MPa;

(5)划分网格,单元大小为8mm,公差为0.4mm,为保证分析的精确度,选择较高的网格品质;

(6)运行算例,选用FFEPlus解算器求解运算;

(7)结果分析如图10所示｡从显示的应力结果

观察分析,结构最大应力值为285MPa,小于U形卡和接头材质的屈服强度,结构安全系数大于2.5,结构处于安全状态｡

图9实体爆炸模型图

图10应力结果图

3、快速接头的制作

快速公插头､外丝快速母插头和内丝快速母插头均采用45钢材质,经过调质处理后硬度在HB248~293,利用数控车床和钻床进行加工,采用游标卡尺､千分尺､卡规和粗糙度仪等量具进行检查,保证加工尺寸的精确性和良好的表面粗糙度｡加工完各零件后使用接头扣压机将两快速公插头与软管压紧｡U形卡需进行热处理,工艺为淬火后中温回火,控制硬度在HRC32~42｡按图3所示联接好所有的零件,检查无误后,将快速接头式软管总成连接到试验平台,进行打压测试,试验压力以最大工作压力的1.2倍(即12MPa)进行,保压时长需大于2min,重复进行3次以上,观察记录整个试验过程,保证接头联接处不出现渗漏和损坏等现象,接头和U形卡不出现变形和损坏现象等｡

4、结语

(1)通过查阅文献资料了解目前快速接头的结构和性能,明确了本文要改造设计的方向和思路｡

(2)构思了一种适用于压滤机料模滤板的快速接头式软管总成,通过理论计算和受力分析初步确定了关键特征参数;利用SolidWorks三维软件建立各零件模型,并通过软件的Simulation模块对整个结构进行了受力分析,验证理论是否正确[7]｡

(3)根据受力分析结合材料特点进行了加工制作,利用试验平台进行打压测试,验证密封性和安全性[8]｡

基于SolidworksSimulation的有限元分析法,可以优化工作流程,验证理论与实际的偏差,大幅度缩短产品设计周期尤其是新产品､新结构的研发周期,对后期进一步轻量化及综合性能提升有重要意义[9]｡

参考文献:

[1]陈晨,闵凡飞,陈帅,等.压滤设备在选煤厂的应用现状及展望[J].洁净煤技术,2015,21(6):43-46,55.

[2]国家质量技术监督局､软管快速接头:GB/T16693—1996[S].北京:中国标准出版社,1997.

文章来源:胡兴伟.滤板用快速接头组件的设计分析与制作[J].煤炭技术,2025,44(02):186-189.