【摘 要】本文主要介紹了該位移傳感器夾具的結(jié)構(gòu)和工作原理，并對(duì)關(guān)鍵件進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。該傳感器夾具設(shè)計(jì)合理，滿足實(shí)際需求。對(duì)今后HGC缸位移傳感器夾具的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】傳感器夾具 彈簧 密封

在全液壓壓下和液壓微調(diào)的軋機(jī)中，液壓缸作為一個(gè)傳遞動(dòng)力和調(diào)節(jié)輥縫的執(zhí)行元件存在于系統(tǒng)中，既是執(zhí)行量又是調(diào)節(jié)量[1]。液壓缸上位移傳感器是軋機(jī)壓下控制系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。位移傳感器夾具直接影響位移傳感器的工作，進(jìn)而會(huì)影響到軋機(jī)液壓輥縫控制系統(tǒng)的控制精度和設(shè)備維護(hù)。

一、結(jié)構(gòu)組成

圖1 結(jié)構(gòu)組成

該位移傳感器夾具主要由圖1所示幾部分組成。01傳感器頂蓋由螺釘固定在夾具最上部，保護(hù)傳感器夾頭，讓頂蓋端部代替位移傳感器夾頭與液壓缸活塞部分接觸。02蓋板鑲嵌在套筒03上，并由螺釘固定。位移傳感器夾頭也固定在蓋板上。04滑套材質(zhì)為銅基鑲石墨，在03和05套筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)起到自潤(rùn)滑作用。05、07、08及10互相定位將位移傳感器磁頭固定。09為彈簧，套在套筒11和03之間。

圖2 原理示意圖

二、工作原理

圖2中所示為活塞伸出和縮回兩個(gè)位置。左側(cè)為伸出，右側(cè)為縮回。當(dāng)活塞縮回時(shí)，活塞緊壓著夾具頂蓋向下運(yùn)動(dòng)，彈簧逐漸被壓縮。傳感器磁尺夾頭01夾著磁尺隨頂蓋向下運(yùn)動(dòng)。活塞伸出時(shí)，壓縮彈簧的回復(fù)力使傳感器夾具頂蓋緊壓在活塞上，隨活塞一起運(yùn)動(dòng)。磁尺夾頭01夾著磁尺隨頂蓋向上運(yùn)動(dòng)。在活塞伸出和縮回的過(guò)程中，傳感器夾頭夾著磁尺在磁頭03中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，磁頭把磁尺上的磁信號(hào)讀出來(lái)，然后把被測(cè)位置轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，并反饋給位置閉環(huán)系統(tǒng)，以調(diào)整液壓缸的壓下和抬起。

三、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）保證活塞在運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁頭固定良好，不產(chǎn)生震動(dòng)。即使輕微震動(dòng)都有可能影響測(cè)量精度。

2）保證磁尺不受電纜的電磁影響。

3）保證磁尺緊隨活塞運(yùn)動(dòng)。

四、關(guān)鍵件的設(shè)計(jì)

1. 1圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算

彈簧的強(qiáng)度和變形的基本計(jì)算公式[2]

材料切應(yīng)力： （1）

彈簧剛度： （2）

彈簧中經(jīng)： （3）

彈簧有效圈數(shù)： （4）

式中曲度系數(shù)K：

（5）

彈簧的材料選用50GrVA，切變模量為。此處彈簧為Ⅰ類(lèi)負(fù)荷的彈簧。查表可知該彈簧的許用切應(yīng)力為445N/。

彈簧旋繞比：這里初步定C=10，代入式（5），可得K≈1.022

這里要保證活塞伸出時(shí)彈簧的回復(fù)力可以把夾具頂蓋緊緊壓在活塞上。壓縮量最小時(shí)的回復(fù)力根據(jù)位移傳感器夾具相關(guān)件的重量及再乘以安全系數(shù)，大小定為450N。由式（2）可算出彈簧在變形量最大時(shí)的外負(fù)載為950N.

由式（1）可得彈簧鋼絲直徑d的計(jì)算公式，并將K=1.022，P=950，C=10，=445代入此式，取d值為8。由式（3）可得D=80mm.。由此，根據(jù)式（4）可算出彈簧的有效圈數(shù)n≈20，取1.5為支撐圈數(shù)，則總?cè)?shù)為21.5。

彈簧節(jié)距：取t=25，由此可得自由高度為508mm

1.2 彈簧強(qiáng)度和穩(wěn)定性校核；

根據(jù)彈簧的實(shí)際工作情況，工作應(yīng)力多數(shù)為最小應(yīng)力保持不變的循環(huán)變應(yīng)力，與此對(duì)應(yīng)的疲勞安全系數(shù)可按下式計(jì)算：

（6）

式中—彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞極限。

—彈簧疲勞強(qiáng)度的許用安全系數(shù)。

查表可知，由彈簧材質(zhì)及d值可查得，取。因，。因此可得>1.5

彈簧穩(wěn)定性校核：

該彈簧并不滿足穩(wěn)定性校核公式。如圖1所示，由于彈簧是安裝在套筒3和11之間，相當(dāng)于給彈簧安裝了導(dǎo)桿或?qū)祝虼舜蟠筇岣吡藦椈傻姆€(wěn)定性。

五、密封件

如圖2所示，A、C處密封具有壓力脈動(dòng)和臟污侵入的可能。啞鈴型密封件作為單個(gè)元件的靜態(tài)液壓密封件是較為理想的選擇。B處使用了兩道密封，每道密封都由密封圈和O型圈組合使用，O型圈的彈性特性與密封圈的特別形狀設(shè)計(jì)互相配合使密封效果達(dá)到最好。

六、結(jié)論

該位移傳感器夾具是為國(guó)內(nèi)某鋼廠爐卷軋線HGC缸設(shè)計(jì)，已投入使用，工作正常無(wú)誤。該夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定可靠。具有推廣使用價(jià)值，也可供一般工程人員設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]何宜業(yè).液壓AGC原理及其液壓缸， 鞍鋼技術(shù)， 1982；07， 352～358

[2]《全國(guó)重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)》編寫(xiě)委員會(huì)編寫(xiě). 重型機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)2007 （第5卷）[S]. 云南科技出版社， 2007