一种新型高压_高速旋转接头结构的研究及分析

旋转接头的简称）具有如下优点： （１）间隙密封技术的应用，可实现摩擦力小、长久
耐用； （２）静压控制间隙的密封技术，就是在压力恒定的
情况下，密封间隙保持恒定； （３）液压伺服自动调心控制技术，就使在工作压力
不断变化的情况下，密封间隙仍然保持不变，同轴度也 随着变化（压力越高，同轴度也越高）；
（４）特殊的表面热处理，使转子与定子间真正实现 减磨自润滑的“膜轴承”效应。
足不了工作要求时，更换伺服环 ５ 就可以继续工作了，
旋转接头采用纳米陶瓷材料在金属表面化学沉积 易维修。采用此思维设计的旋转接头目前完全可以满
解决效率低，成本高的问题。
膜片与中心部件连接起来就可以使用。现代很多行业 １ 减压阀的基本结构和工作原理
收稿日期：２００７－ ０９－ ２０ 作者简介：刘汉文（１９６２－ ），高级工程师，主要从事机械与装备的教学和 科研工作。
减压阀是一种能将出口压力调节在比进口压力低 的调定值上，并保持稳定不变的压力控制阀。如图 １ 所 示。
δｐ＝Δｐ／ｑ＝１２μＬ／（πＤＨ３） 式中 δｐ— ——单位流量的压力损失；
Δｐ──间隙两端压力差； ｑ──泄漏量； μ──液体动力粘度； Ｌ──间隙密封的有效长度； Ｄ──环形密封间隙的直径； Ｈ──间隙值。 把上式公式与现实实际条件的需求结合起来，就
图 ２ 环形间隙简图
２．２ 静压控制间隙的密封技术及液压伺服自动调心控 制技术
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制间隙的密封及液压伺服自动调心的控制。
使工作介质遭受到严重污染，有巨大颗粒存在时，此旋
２．３ 特殊的表面热处理，使转子与定子间真正实现减 转接头仍然可以持续工作一段时间，当工作压力 ｐ 满
磨自润滑的“膜轴承”效应
收稿日期：２００７－ ９－ ２０ 作者简介：唐建光（１９７９－ ），男，广西桂林全州人，大学本科，毕业于广西
１ 外形及结构图
大学机械工程学院，现主要从事行液压传动的设计及研究。
旋转接头的外形及结构如图 １ 所示，旋转接头的
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关键词：高压、高速旋转接头；间隙密封；静压控制；液压伺服控制技术；纳米碳化硅；纳米石墨
中图分类号：ＴＨ１３７
文献标识码：Ａ
文章编号：１００８－ ０８１３（２００８）０２－ ００５０－ ０３
Ｒ ｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ Ｎｅｗ Ｈｉｇｈ－ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｈｉｇｈ－ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒ ｏｔａｔｉｎｇ Ｕｎｉｏｎｓ
Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ Ｐｎｅｕｍａｔｉｃｓ ＆ Ｓｅａｌｓ／Ｎｏ．３．２００８
可以很容易得出设计所需要的理想中的间隙值 Ｈ。
图 １ 旋转接头及结构图 １－ 旋转接头的芯轴（转子） ２－ 透盖 ３－ 可高速旋转的骨架油封 ４－ 主轴轴承 ５－ 伺服环 ６－ 高精密“Ｏ”形圈 ７－ 壳体（定子） ８－ 闷盖
０ 前言
在几乎所有工业领域，只要在固定件和旋转机器 之间存在有液体和气体介质需要传输，人们就必然使 用旋转接头这一连接件。譬如：专用机床、深孔钻机、玻 璃机械等。在日益发展的冶金行业，高压、高速旋转接 头的使用也越来越广泛，其中在薄板轧机上开卷机中 的应用，是高压、高速旋转接头在冶金行业中应用的经 典范例。与传统企业生产的高压、高速旋转接头相比， 此旋转接头（本文所指的旋转接头都是指高压、高速型
ｔｈｅ ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｏ ｂｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ｂｕｒｎ ｈｏｌｅ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ ｔｈｅ ｑｕｅｓｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： ｔｈｅ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｖａｌｖｅ； ｄｉａｐｈｒａｇｍ； ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ｗｅｌｄｉｎｇ
０ 引言
现代产业很多行业都要应用到气体，用高压储气 罐将气体存储起来，再通过气动控制阀将压力降低使 用。传统的气动控制中，由于储气罐中气体压力不高， 一般在 ２５ＭＰａ 以下，对气动控制要求不高，因此，气动 控制减压阀中膜片组采用橡胶膜片，然后通过螺纹将
要用到超高压气体，储气罐中气体压力达到 １０９Ｐａ 以 上，即使是输出压力也要求达到 １０８Ｐａ 以上，且要求在 无油、无尘等洁净环境下使用［１］。如此高的压力及这样 高的环境要求，减压阀中膜片经过改进已能适应行业 的要求。然而膜片组的焊接方法仍需采用新技术，才能
２ 优点的实现过程及原理
２．１ 间隙密封技术的实现及原理分析 间隙密封是一种最简单而应用广泛的密封方法。
它是依靠相对运动零件配合面之间的微小间隙来防止 泄漏的。旋转接头在实际中的应用确定了它是允许存 在一定量的泄漏量，允许一定量的压力损失。一定量的 泄漏量通过泄漏口 Ｃ 带走旋转接头两端上的主轴轴承 在工作过程中产生的热量，可以防止旋转接头在工作 过程中 Ａ 工作油口与 Ｂ 工作油口之间的窜油。间隙过 大，泄漏量就过大，压力损失也就越大，致使实际的工 作压力满足不了工作需要；间隙过小，太少的泄漏量带 不走旋转接头在工作过程中产生的热量，致使旋转接 头的芯轴 （转子）１ 与伺服环 ５ 之间的配合面会因发热 而“抱死”。理想的密封间隙是通过下面的公式与实践 需要相互结合而产生的，图 ２ 为环形间隙简图。流体流 过间隙时单位流量的压力损失为：
［６］ 曲范兰．高低压压力继电器检测试验台的研制［Ｊ］．液压气动与 密封，２００４（５）．
［７］ 刘向东．正确选择压力表的方法［Ｊ］．液压气动与密封，２００６（３）．
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芯轴做高速旋转运动而壳体静止不动。旋转接头的芯 轴通常与液压缸固定连接在一起，与主机一起旋转。工 作介质经过管路进入旋转接头壳体上的工作油口 Ａ 或 Ｂ，经过固定不动的壳体 ７ 和固定不动的伺服环 ５ 输入 与主机一起做旋转运动的芯轴 １ 后至主机，从而实现 了工作介质在旋转件间的持续传输。
文献标识码：Ａ
文章编号：１００８－ ０８１３（２００８）０２－ ００５２－ ０３
Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ ｉｎ Ｈｉｇｈ－ Ｐｒｅｓｓｕｒｅｄ Ｐｕｒｅ Ｇａｓ Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ＬＩＵ Ｈａｎ－ ｗｅｎ ＦＥＮＧ Ｇｏｎｇ－ ｎｅｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｙａｎｃｈｅｎｇ
液压气动与密封／２００８ 年第 ３ 期
一种新型高压、高速旋转接头结构的研究及分析
唐建光 樊桂萍
（韶关液压件厂有限公司，广东韶关 ５１２０２７）
摘 要：本文介绍一种新型高压、高速旋转接头结构的设计及分析，重点介绍了其结构设计的原理、相关计算公式、关键零件的材料处
理等，为从事高压、高速旋转接头研究和应用者提供参考。
ＴＡＮＧ Ｊｉａｎ－ ｇｕａｎｇ
ＦＡＮＧ Ｇｕｉ－ ｐｉｎｇ
（Ｓｈａｏｇｕａｎ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ｓｈａｏｇｕａｎ ５１２０２７， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｎｅｗ Ｈｉｇｈ－ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｈｉｇｈ－ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｕｎｉｏｎｓ，ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｄｅｓｉｇｎ＇ｓ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｔｈｅ ｆｏｒｍｕｌａ ａｎｄ ｔｈｅ ｈｅａｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｐｉｖｏｔａｌ ｐａｒｔ ｅｔｃ． Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｈｅｌｐ ｆｏｒ ｐｅｏｐｌｅ ｗｈｏ ｅｎｇａｇｅｄ ｉｎ ｒｅｓｅａｒｃｈｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｈｉｇｈ－ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｈｉｇｈ－ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｕｎｉｏｎｓ． Ｋｅｙ Ｗｏｒ ｄｓ： Ｈｉｇｈ－ Ｓｐｅｅｄ ａｎｄ Ｈｉｇｈ－ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｕｎｉｏｎｓ； ｇａｐ ｓｅａｌ； ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ ｒｅｌｉｅｒｅｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｅａｌ ａｕｔｏｍａｔｉｃ； ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｐｒｉｍａｒｙ ｓｅａｌ Ｓｉｌｉｃｏｎ； Ｎａｎｏ－ ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ； Ｎａｎｏ－ ｇｒａｐｈｉｔｅ
旋转接头可以借助高压工作介质在通过旋转接头 输入主机的过程中，对其结构实施有效控制，从而实现 用静压来控制间隙的密封技术及液压伺服自动调心控 制。如图 ３ 所示。
图 ３ 受力分析简图
工作压力 ｐ 经过旋转接头时，压力同时作用到伺 服环 ５ 上两侧的高精密“Ｏ”形圈 ６ 上，从而产生巨大的 环形侧向力 Ｆｐ。“Ｏ”形圈在侧向压力 Ｆｐ 作用下，产生径 向塑性变形。“Ｏ”形圈把此变形能转换成对伺服环 ５ 的 圆周浮力 Ｆｋ。伺服环 ５ 的重力 Ｇ 与高精密“Ｏ”形圈 ６ 因 伺服环 ５ 重力而产生的变形力 Ｆｎ 及圆周浮力 Ｆｋ 共同 作用到伺服环 ５ 上，从而产生一个力的平衡方程（一）： Ｇ＋Ｆｎ＋Ｆｋ＝０，其中参数 Ｇ 的大小是确定的，是常量，Ｆｎ 及 Ｆｋ 随着工作压力 ｐ 的变化而变化。ｐ 越大，则 Ｆｐ 就越 大，Ｆｋ 就越大，高精密“Ｏ”形圈 ６ 的强度也随之增大；当 工作压力 ｐ 增大到一定量时，高精密“Ｏ”形圈 ６ 在侧向 压力 Ｆｐ 的作用下产生巨大的径向变形力 Ｆｋ，“Ｏ”形圈 ６ 极小的变形量就可以消除伺服环 ５ 的重力，从力的平 衡方程（一）：Ｇ＋Ｆｎ＋Ｆｋ＝０ 就可以衍生出方程（二）：Ｇ＋Ｆｎ＝ ０ 和方程（三）：Ｆｋ 的合力＝０。当伺服环 ５ 的重力 Ｇ、及因 伺服环 ５ 重力 Ｇ 而产生的变形力 Ｆｎ 和圆周浮力 Ｆｋ 任 何一个参数发生变化，力的平衡方程（一）将自动归零。 从几何结构上说，就是维持伺服环 ５ 内孔的直径与旋 转接头的芯轴 １ 同轴心，达到接近理想状态的同轴度， 维持圆周方向的间隙恒定。工作压力 ｐ 越大（设计允许 范围内），则伺服环 ５ 伺服自动调心能力就越强。旋转 接头以工作压力 ｐ 为源动力，对其本体实现了静压控