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一种内卡环连接方式的设计研究

2014-09-02查看:

简要介绍了一种内卡环连接方式。主要用于动态轴向压缩制备色谱柱的柱筒和法兰之间的连接,并解决了活塞和柱...
引  言
  高效液相色谱系统是天然产物高纯度提取的高技术,广泛应用于中药、精细化工、生物、蛋白、基因工程等领域。动态轴向压缩柱(DAC)是高效液相色谱系统的核心设备,衡量柱效的主要指标是理论塔板数,对于给定的填料,柱效主要依赖于柱子的填充方法和柱长,该部分在物理层面直接决定了柱子的分离分析效果。
1、设计思想概要
  动态轴向压缩柱(DAC)主要由固定在连接板支架上的加压油缸和柱子组成,柱子内装有填料,油缸通过活塞对柱子内的填料进行加压,填料在压力作用下被压实。动态轴向压缩柱(DAC)的主要作用是把填料压实,并保持在这一位置不变,即动态轴向压缩柱(DAC)要具有保压功能。要实现这一过程就要满足三个条件:(1)、油缸要提供稳定、持续的压力。动态轴向压缩柱(DAC)在使用过程中,活塞要保持在一定的位置不变,即使有微量的位移,也会影响实验效果,这就要求系统要有保压功能;(2)油缸在下压过程中有会产生很大的压力,所以柱子和连接支架要选择合适的连接方式,避免因受力过大发生破坏现象;(3)在安装过程中要保证柱筒和活塞的同轴度,以保证密封和减少活塞对柱筒内壁的磨损。本次设计尝试开发一种内卡环连接装置,即可以解决柱子和连接支架的连接,又能补偿安装过程中的同轴度误差,这也有利于柱子和油缸的活动密封效果。
2、设计分析
  2.1工作原理
  如图1所示,驱动机构驱动活塞5上下运动,活塞下面是固定在连接支架3上的柱筒4,柱筒4内装有做实验用的填料。驱动机构驱动活塞向下运动时,活塞压紧填料。活塞保持一定的压力不变,在轴向方面不能有位移,整个系统被称为动态轴向压缩柱(DAC)。

图1是该连接方式的剖视图

图2是该连接方式的俯视图
图标记说明:1法兰,2内卡环,3连接支架,4柱筒,5活塞,6活塞杆,7螺栓。
  2.2选择合适的驱动机构
  活塞要保持稳定的压力不变,而且当柱筒内填料发生破碎(当压力很大时会发生意外情况)时系统仍然要维持压力不变,以免发生空穴现象,也就是说当填料发生破碎时,活塞就要相应的向下移动一定的位移。所以本设计选择液压系统,用气驱液压泵给系统提供稳定的压力,当液压系统有泄露或填料发生破碎导致压力变化时,气驱液泵形成压力差值,会自行启动,直到达到之前的压力值,并保持稳定。
  2.3内卡环的加工
  内卡环的作用是将柱筒和连接支架可靠的连接在一起,内卡环为两个半圆形环。加工时要先加工一个内径等于柱筒环形槽内径的圆环,然后再用线切割的方式将圆环分成两个半圆环,在加工的过程中一定要注意加工精度,使内卡环可靠地卡在环形槽内。
  2.4关于活塞密封和同轴度问题的解决方案
  要保证系统正常工作,必须解决密封问题,即活塞在下压和保压过程中,柱筒内的填料和所流动的液体不能有任何的泄露,否则会影响实验效果、浪费原料、污染环境。
  要解决密封问题需要从三方面考虑:(1)选择优质的密封圈,本设计选择U形弹簧蓄能密封圈;(2)保证柱筒内壁光洁度,本设计柱筒内壁光洁度为≤0.2μm;(3)保证活塞和柱筒的同轴度,这就要求在设计时候考虑设计一个能自动调心的装置,使活塞在向下运动的过程中能和柱筒自动对中。本设计重点讲解解决同轴度的问题。
  要解决活塞和柱筒安装时的同轴度误差问题,可以从两方面入手:(1)考虑加装一自动调心装置。可以考虑在活塞和活塞杆连接的地方添加这一装置,但是此行势必会使结构变得复杂,增加成本,增加不必要的设计量;(2)从现有结构出发,考虑是否有改进的地方,通过在现有基础上的改进,达到我们所要的效果,精进结构,提高效能,这也是现代机械设计的原则之一。
  如图1所示,内卡环卡在柱筒外壁上,内卡环和法兰之间留有1mm的间隙,柱子外壁和法兰、连接支架留有1mm的间隙。这样当内卡环和柱筒、法兰、连接支架连接好后,可以自由活动,柱筒的自由度没有被完全限制,柱筒在一定范围内的活动量补偿了活塞和柱筒在安装过程中的同轴度误差,起到了自动调整的作用。
3.结束语
  在机械设计过程中既要考虑结构的合理性,又要考虑可行性。当涉及一种连接方式时,不妨多考虑几种方法,对几种方法进行分析,必要时进行受力分析计算,再联系实际情况作出合理的选择。内卡环连接方式即解决了柱筒的连接方式问题,又解决了活塞和柱筒安装时的同轴度误差问题,经济可靠,性能优良,符合现代设计的要求。
【参考文献】
  [1]濮良贵 纪名刚主编。机械设计。北京:高等教育出版社,2001,6
  [2]范钦珊主编。工程力学。北京:机械工业出版社,2006,7
  [3]成大先主编。机械设计手册(第五版)。北京:化学工业出版社,2007,11

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