液壓泵站聯軸器的彈簧以圈狀彈簧最常用,原因是容易制作、性能效率高、價格低。彈簧在物理學上的定義就是儲存能量,當我們施一固定的力於彈簧,它會產生變形,當我們移開施力則彈簧會有恢復原狀的趨勢,但彈簧在回彈時震湯的幅度往往會超過它原來的長度,直到有磨擦阻力的出現才會減緩彈簧回彈後造成的自由震蕩。
1.彈簧的制造材料一般來說應具有高的彈性極限、疲勞極限、沖擊韌性及良好的熱處理性能等,常用的有碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹彈簧鋼以及銅合金、鎳合金和橡膠等。彈簧的制造方法有冷卷法和熱卷法。
2.一般的彈簧是所謂的(線性彈簧),也就是彈簧受力時它的壓縮變形量是遵循物理學上的(虎克定律):F=KX
其中F為施力,K為彈力系數,X則為變形量。
舉例來說有一線性彈簧受力40Kg時會造成1cm的壓縮,之後每增加40Kg的施力1cm一定會增加的壓縮量。
3.液壓泵站聯軸器的的彈簧的作用是使聯軸器的動力側與液壓泵受力側保持一定的壓力,使得聯軸器在發動機軸轉動的同時起到緩沖并帶動受力液壓泵工作。在動力傳動過程中,彈簧起著支持軸向運動以及吸收轉動時的震動和其它施力對軸向所造成的沖擊。而這里所謂的其它施力包含了汽油發動機的加速、減速、停機等對彈簧造成的施力。
4.液壓泵站聯軸器彈簧在消除震動的過程中要保持主軸動力與液壓泵受力側的持續接觸,維持主軸轉動的循跡性,從而減少震動,避免能量的損失。而改善主軸與受力側的接觸是提高液壓泵站整體性能較為關鍵的工作環節。
彈簧的最主要功能就是使液壓泵站的液壓泵在發動機平穩運行的速度下,提供壓力平穩,流量穩定的液壓動力。如果聯軸器用錯了彈簧會造成液壓泵的壓力及流量都有負面的影響。假設彈簧是完全僵硬的,那么,聯軸器的主從動軸在無壓力的情況下進行運轉,聯軸器也就失去了作用。遇到發動機速度猛然增高時,液壓泵隨著馬上升高壓力,流量也會大幅度增加,造成液壓設備中的液壓馬達受到不均勻的動力供給,轉速過大,切削管道時會造成刀片切削過快;下一個工作循環中發動機速度又猛然降低時,動力供給又過小。如此反復幾個過程,防爆切管機及帶壓開孔機刀片被燒掉的可能性會增大70%。
如果彈簧過軟,則很容意出現彈簧坐底的情況,也就是將液壓泵站聯軸器的行程用盡。假如在液壓泵站工作時,聯軸器的彈簧發生坐底情況則可視為彈簧的彈力系數變成無限大(已無壓縮的空間),聯軸器會產生立即的重量轉移,造成主軸與從動軸傳遞力矩方向喪失;同時也會增大聯軸器的磨損,造成主軸與聯軸器,聯軸器與從動軸間隙過大,從而失去緩沖作用。
發動機主軸與液壓泵從動軸的距離是固定的,所以彈簧的硬度選擇是要由發動機的動力大小及液壓泵的功率來決定,發動機動力越大越要選擇較硬的彈簧,但要選擇多大彈性系的彈簧則是個關鍵的問題。一般說來硬的彈簧可以提高動力,減小能量損失,有較好的動態響應。但在發動機轉速不穩定時,又會造成設備損壞。
5.彈簧在組裝時的調較
彈簧的調校主要是使液壓泵站提供穩定動力的同時減小能量損耗,也就是要改用質地較硬并且行程較短的彈簧。使彈簧即能有效地使聯軸器有效地貼合,還不至于失去其應有的緩沖功能。在組裝過程中,遵循《JB/T 3338.2-1993 液壓件圓柱螺旋壓縮彈簧 設計計算》原理并按照《先鋒管道液壓泵站驗收流程》中規定的指標來調整彈簧的特性。
6.逐步改善并促進使用非線性彈簧
彈簧在液壓泵站聯軸器中主要的功能是使聯軸器緊密貼合并實現聯軸器的緩沖功能。要達成這兩個相沖突的目標需要有不同的彈力系數。使用具有復合彈力系數的(非線性彈簧),可以省卻組裝彈簧調校的步驟并能批量地進行分序組裝,節約勞動成本,減少勞動強度。漸進式彈簧能隨著彈簧的壓縮而增加彈力系數,在發動機平穩運行時,前端行程較大但較軟的彈簧使聯軸器工作在主從動軸上保持平穩工作狀態;當發動機動力忽快或忽慢以及停機時,后端較硬但行程較短的彈簧發生作用,彈力系數就會增加并維持,使聯軸器平穩地貼合于主從動軸上,使其發揮緩沖的作用。漸漸變硬的彈簧可避免彈簧出現坐底的情況。
目前要達成漸進式彈簧就是要作出彈力系數會隨這著受壓縮而產生變化的非線性彈簧,因此目前的漸進是彈簧大多為采用不等螺距彈簧或圈徑變化彈簧。不等螺距彈簧受壓縮時會產生局部線間接觸,以使有效圈數發生變化,進而造成彈力系數K的變化。經由彈簧上下圈徑的變化則是改變彈力系數的最直接方法。
隨著以后空氣及液體彈簧的不斷應用,液壓泵站的動力輸出會變得越來越平穩,其動力損失也會越來越小。
參考文獻:
1.[1]劉占生, 趙廣, 龍鑫. 轉子系統聯軸器不對中研究綜述[J]. 汽輪機技術, 2007, 049(005):321-325.
2. JB/T 3338.2-1993 液壓件圓柱螺旋壓縮彈簧 設計計算
3.《先鋒管道液壓泵站驗收流程》
4. [1]汪曾祥. 彈簧設計手冊[M]. 上??茖W技術文獻出版社, 1986.