换向机构是利用不同控制方法使从动件改变运动方向的机构，常与其他机构联合使用。这种机构的具体形式很多，如利用皮带、齿轮、摩擦轮、棘轮、螺旋或离合器等换向。刨床、冲床、车床和汽车等都广泛应用换向机构。当三星齿板处于位置Ⅰ时，主动齿轮通过惰轮1、2使从动齿轮反向转动;当三星齿板处于位置Ⅱ时,惰轮1与主动齿轮脱开,从动齿轮不转；当三星齿板处于位置Ⅲ时,惰轮2与主动齿轮和从动齿轮同时啮合，使从动齿轮与主动齿轮同向转动。

沿空留巷构筑护巷带技术是煤矿、冶金矿近几年发展的一项新技术。构筑护巷带的渣浆需要用泵输送到空留巷, 为满足输送渣浆不同流量、压力及井下防爆要求, 研制了直动泵:液压往复柱塞泵和气压往复活塞泵。要实现柱塞和活塞的往复运动,需要一个自动换向机构。自动换向机构性能的好坏,直接影响泵的整机性能,因此要求换向机构应具备换向灵活、动作可靠、工作安全、使用寿命长等特点。

2.1 液压往复泵的工作原理

当柱塞杆到达最左端, 液控换向阀换到右位工作, 可以实现柱塞向右运动过程,使左吸浆阀和右排浆阀工作。通过液控油路可以使压力油作用于液控换向阀两端来实现液控换向阀换到右位。由于液控换向阀右端作用面积大于左端作用面积, 使液控换向阀阀芯向左移动。若柱塞杆到达最右端, 液控换向阀换到左位工作(通过液控油路使右端接回油口, 左端仍为压力油),从而实现柱塞杆向左运动过程, 使左排浆阀和左吸浆阀工作。

2.2 气压往复泵的工作原理

气压往复泵活塞到达最右端时,活塞杆上的拨爪拨动由拨杆、机架和推杆组成的换向机构动作,使行程阀右位导通,控制气路作用在换向阀上,改变其阀位,从而实现活塞向左换向运动,使右吸浆阀和左排浆阀工作;同理,可以实现活塞向右换向运动,使左吸浆阀和右排浆阀工作。

目前我国使用的换向机构, 按其结构特点可分为三类:(1)液控或气控换向机构, 液控换向机构;(2)机动-气控(或液控)换向机构,由拨杆、行程阀、换向阀组成的机动-气控换向机构;(3)机动-电控换向机构,这类换向机构的特点是:当活塞到达行程终点时,与活塞杆联动的撞块碰撞机械触点,通过电控系统使换向阀换向,进而使活塞杆运动换向。在井下电器设备须防暴试验, 体积大,成本高,应尽量少使用。

液压往复泵的液控自动换向机构

液压往复泵的液控自动换向机构,液压缸上开有a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 、A 、B 九个接口,A 、B两个接口为主油口, a、b、c、d、e、f、g为控制油口;柱塞杆和液压缸形成S 、Q 两个环,使控制油路导通;换向阀缸体上开有h、i、j、k、C、D、O、P八个接口,其中P为进油口,O为回油口,C、D为液压缸和换向阀的连接油口, 分别与A、B接通, h、i、j、k为控制油口,分别按各控制油口连接起来;换向阀阀芯上开有l、m、n三个油口,使控制油路作用在阀芯两端。

在液控换向机构中, 通过控制油路来准确地改变换向阀阀芯两端的油压。若阀芯两端的油压相等,靠其两端的面积差使其换向运动;若阀芯两端的油压不等,靠其两端的压力差使其换向运动。由此使阀芯周而复始的换向运动, 实现了柱塞的自动往复运动。它作为BYZ-120/10 型液压往复柱塞泵的一个部件, 换向频率为44次/min, 该泵在新汶矿务局翟镇矿进行了井下构筑护巷带, 在枣庄矿务局黄贝矿进行了注浆堵水。

在机动换向机构中, 以零度压力角渐开线凸轮机构作为换向机构,凸轮作为原动件使推杆换向运动, 在换向运动过程中,压力角恒为零,推杆仅受沿运动方向的推力,若凸轮以等角速度转,推杆等速运动,故换向平稳。它作为BYH-50/ 5 型气压往复活塞泵的一个部件,换向频率为74 次/min,该泵在开滦矿务局唐家庄矿进行了井下构筑护巷带。经过使用表明这两种换向机构,换向平稳, 动作可靠,使用寿命长, 特别是在矿井下要求防爆的条件下应用, 具有较明显的优越性(据检索, 国内外尚无这两种换向机构)。

(1)在较低热负荷(设计能力的65%处理量)情况下,光管换热器在保证足够循环冷却水流量时可满足换热要求。

(2)在高热负荷(设计能力的100%处理量)情况下, 光管换热器在保证循环冷却水高流量150000kg/h 时,勉强可保证换热要求,但是一般情况下难以保证如此高的冷却水流量。

(3)波纹管换热器在一般冷却水流量的情况下可满足高热负荷工作需要, 但壳程压力降过大, 为提高管程冷却水流速降低壳程压力, 在保证足够换热面积情况下可将管束总数目减少10 %,换热效果更好。

(4)波纹管换热器最好工作参数是高热负荷下;冷却水流量100000kg/h;冷却水进、出口温度为33 ～42 ℃。

(5)根据计算结果,若波纹管换热器的管子数仍用原光管换热器的1192 根,则换热器的管程水流速偏低,壳程压降过高。为提高管程水流速和降低壳程压降, 将波纹管换热器的管子数由1192根减少到1076 根,减少了10 %。将循环水进出口温度控制在33 ～42 ℃,则壳程的压降可由152 .8kPa 降低到137 .3kPa ,水流速度则由0 .299m/s 提高到0 .331m/s 。换热效果可望明显改善,从而满足装置生产工艺的要求。显然, 这样既利用了原有设备,又节省了改造成本。

利用首尾相连的两条左· 右旋向的螺旋线与限制了周向转动的螺母,把旋转运动转变为往复直线运动的螺旋换向机构,用在排线装置,螺丝刀,游艺机等装置中。由于两条左右旋向的螺旋线在螺杆上交叉,使螺旋面上出现了“沟”, 为了使螺母上的传动件能越过这些“沟” ,现用螺旋换向机构的螺母上的传动件不得不采用长度大于沟宽的滑块, (即一段可在螺母内转动的内螺纹)。故该机构在传动中处于滑动摩擦状态,摩阻大,效率低,运动速度慢,相对运动件寿命短。解决上述问题的出路在于设计新的机构,把滑动摩擦传动变为滚动摩擦传动。在所设计的螺旋抽油机上( 专利号RU 2133875C1)设计了新型的螺旋换向机构,把滑动摩擦传动变成了滚动摩擦传动,提高了它的效率、速度和寿命。电动机1经皮带2带动水平轴3旋转,水平轴上小锥齿轮4与主轴5上的大锥齿轮6啮合,把水平轴的旋转运动转变为主轴的垂直旋转运动,同时也起到了减速作用,在主轴上刻有等螺旋升角的两条左,右旋向螺旋槽,螺旋槽的上下两端,用平面展开方程为y= ax2的变升角二次曲线连接起来,形成封闭的螺旋槽7, 主轴5外套有螺母(套筒) 8,安装在螺母8上可绕自身轴线轮17作用在螺母的上端面上。合适的配重可使传动销上的实际载荷降到最低,并使电动机在上下冲程内所作的功基本相等。

本设计中, 螺母上的传动件用可绕自身轴线旋转的销子取代了原用的滑块,将滑动摩擦传动变为滚动摩擦传动,使传动效率大增。然而如果螺母上只有一个传动销子,上述传动不能连续,因为销子会掉入左右螺旋槽交叉处的“沟”中,本设计采用了双销子交替承载,交替了过“沟” ,浮动销升距补偿通过变升角段螺旋槽的方案,其工作原理和结构。定点销9装在螺母上的滚动轴承中, 其位置在螺母上不能改变;浮动销10装在摆动体18上的滚动轴承内,它在螺母上的位置可随摆动体的摆动而改变。两个销子在螺母上的周向位置差一个相位角β ,β 的大小应保证两销子在周向上的距离大于螺旋槽交叉处的“沟宽”在水平方向上的投影长度L ,L = aco sT/sin2T式中

L——沟宽在水平方向上的投影

a——槽宽

T—— 螺旋升角

由于两个销子之间存在着相位差,又同时插入螺旋槽中,螺旋升角的存在使两个销子不在同一水平面内,其垂直距离h 取决于螺旋升角和相位角的大小。

当两个销子都位于螺旋升角最大的等升角段的螺旋槽中时, h 取得最大值,由此决定了两个销子在垂直方向上的极限位置,又由于是左·右螺旋的缘故,浮动销相对于定点销有上下两个极限位置,即有两个死点。死点位置由限位块1和2确定。双销子交替过“沟”的原理如下:设主轴顺时针旋转(从上向下看) ,当两个销子都位于右旋槽中的等升角段内时,此时螺母上的载荷向下(提起抽油杆和油) ,浮动销被右旋槽的下槽面压死在上死点,两销子的相对位置固定,右螺旋槽的下槽面推动两个销子转动,并经销子带动螺母向上运动,当前一个销子(浮动销)运动到左右螺旋交叉处的“沟”上时,后一个销子(定点销)仍在螺旋面上,于是后一个销子(定点销) 独自承担起全部载荷,让前一个销子(浮动销)过“沟”; 当后一个销子(定点销)运动到“沟”上时,前一个销子(浮动销)已经运动到螺旋面上并独自承担起全部载荷,并让后一个销子(定点销)过“沟”,如此交替承载,交替过“沟”,使螺母运动得以连续(这与钻杆大钳用两个小齿轮驱动一个缺口大齿轮, 使缺口大齿轮的运动能够连续的工作原理相似)。

当两个销子都越过了上端最后一个螺旋交叉口而进入没有“沟”的变升角螺旋槽后,由于前一个销子(浮动销)与螺旋槽接触点处的螺旋升角小于后一个销子接触点处螺旋槽的螺旋升角,当主轴转过一个角度时,前一个销子的升距就小于后一个销子的升矩,于是前一个销子脱离下槽面而与上槽面接触,而后一个销子则独自承担全部载荷,并带动螺母继续上升,同时前一个销子(浮动销)因受到上槽面的压迫而带动摆动体向反时针方向转动,于是使浮动销向下移动,补偿了两个销子的升距差,使两个销子不会卡死在螺旋槽中。此时螺母在变升角段内作匀减速运动,当螺母到达顶点时, 螺母的上升速度降到零,随后两个销子相继越过螺旋槽的最高点进入左旋槽中,此时螺母的运动方向变为向下,载荷方向变为向上(提起配重) ,并由左螺旋槽上的上槽面推动销子向下运动,浮动销子继续推动摆动体旋转,当两个销子都进入左螺旋槽的等螺旋升角段后,浮动销被压死在下死点上, 于是两个销子又交替承载,交替过“沟”,使螺母匀速下降,主轴下端的换向动作与上端相似,只是摆动体作顺时针旋转, 把浮动销从下死点摆回到上死点。如此周而复始的运动,就把主轴的连续单向旋转变成了螺母的连续往复直线运动。

上述机构还具有结构简单,等加速换向,匀速作功的特点,其工作原理可用于其它需要把连续旋转运动转变为往复直线运动的机器中。

本文运用活动标架法和曲线与直纹面相伴原理,证明了连杆空间运动时,在任意瞬时,其动定瞬轴面于瞬轴上相切地接触,并有相同的Frenet标架。得出了瞬轴面诱导结构参数的运动学意义,即T*仅与连杆的瞬时移动有关,U*仅与连杆的瞬时转动有关。并计算出了连杆上的加速度瞬心,变向点和拐点。