十字头体与活塞杆连接的法兰连接结构的制作方法

本发明属于往复式活塞压缩机十字头体与活塞杆连接结构技术领域，尤其涉及一种十字头体与活塞杆连接的法兰连接结构。

背景技术：

目前，气体力或活塞力≥10吨的大型往复式活塞压缩机，十字头与活塞杆连接主要分为下列几类。

第一类是液压连接结构：第一种是沈阳鼓风集团（德国技术）现在使用的结构。第二种是美国英格索兰公司现在使用的结构，表面上看是法兰连接结构，最后还得依靠液压上紧的方法用螺母紧固四个螺栓。第三种是意大利新比隆公司和温州固耐压缩机公司的结构。

第二类是法兰连接结构：沈阳申元压缩机公司和山东潍坊生建公司的半液压连接结构。

第三类是螺纹法兰嵌箍连接结构。

第四类是螺纹加法兰连接结构。

第五类是依靠活塞杆上的螺纹与两个螺母夹持在十字头体上紧固。

技术实现要素：

本发明就是在总结了上述结构的各自特点之后，提供一种结构简单、连接效果好的十字头体与活塞杆连接的法兰连接结构。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括十字头体和活塞杆，活塞杆一端置于十字头体内，活塞杆置于十字头体内端头的后端设置有止推环，止推环后端的活塞杆外围设置有拧入环，拧入环外圈前部与十字头体内壁螺纹连接，拧入环后部置于十字头体外，拧入环后端的活塞杆外围设置有定位体，定位体前端外壁通过螺纹旋有法兰，法兰外壁上设置有扳手孔，定位体后端外壁上设置有扳手孔。

拧入环后部外壁套有定位环，定位环前端与十字头体端面相接触，定位环沿周向设置有多个竖向定位销孔，定位销孔与定位环一端的横向距离依次增加；拧入环后部外壁沿周向相应于定位销孔设置有多个竖向螺纹孔，螺纹孔与拧入环一端的横向距离依次增加。

定位环外侧套有垫圈，垫圈前端面与十字头体端面相接触，垫圈外壁上设置有扳手孔；法兰前端面与垫圈后端面之间设置有调整垫，法兰壁上设置有横向螺纹孔。

所述十字头体的十字头销穿孔凸台边沿向十字头体周边延伸设置有加强筋；加强筋为两个横向加强筋，中心线过十字头销穿孔中心；横向两个加强筋对称设置在十字头销穿孔左右两侧，一侧横向加强筋延伸至十字头体开口端，另一侧横向加强筋延伸至十字头体与活塞杆连接口的内端。

所述十字头体上下端与滑履相接处为键结构，滑履内侧为与十字头体上下端键结构对应的键槽，滑履通过销和螺栓与十字头体相连；所述十字头销为空心结构；十字头销两端面通过螺栓连接有挡板。

作为一种优选方案，本发明所述法兰为T形法兰，调整垫后内端折角与T形法兰前端折角对应相接；所述横向螺纹孔和法兰上的扳手孔设置在T形法兰的大头上两侧。

作为另一种优选方案，本发明所述调整垫由两个半圆形垫块组成，半圆形垫块内壁竖向中部设置有横贯内壁的U形槽，U形槽和两半圆形垫块对接处间隔分别与法兰壁上的对应横向螺纹孔对应，与U形槽对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、U形槽顶在垫圈上；与两半圆形垫块对接处间隔对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、对接处间隔顶在垫圈上。

作为另一种优选方案，本发明所述调整垫由两个半圆形垫块组成，半圆形垫块内壁竖向中部和下部对称设置有两个横贯内壁的U形槽，U形槽和两半圆形垫块对接处间隔分别与法兰壁上的对应横向螺纹孔对应，与U形槽对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、U形槽顶在垫圈上；与两半圆形垫块对接处间隔对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、对接处间隔顶在垫圈上。

作为另一种优选方案，本发明所述法兰后端外壁和法兰后端与定位体相接处的定位体外壁上设置有角度刻度线。

作为另一种优选方案，本发明所述十字头体与套在活塞杆上的拧入环的连接螺纹的螺距为3mm或4mm。

作为另一种优选方案，本发明所述十字头体的通油孔设置在滑履中部；通油孔为竖向通油孔，中心过十字头销穿孔横向中心；滑履两侧设置有导油槽，导油槽上端与通油孔相连，导油槽下端与贯穿滑履、十字头体的竖向导油孔上端相连，竖向导油孔下端通过十字头销上的竖向槽孔与十字头销壁内的横向导油通道，十字头体两侧的竖向槽孔通过所述横向导油通道与十字头体中部外壁上的竖向槽孔相连；所述横向导油通道为四个，沿周向均布，上下侧横向导油通道与所述竖向导油孔相连，各横向导油通道一侧通过十字头体壁端面的环形导油通道连通。

作为另一种优选方案，本发明所述定位销孔与定位环一端的横向距离依次增加1mm，螺纹孔与拧入环一端的横向距离依次增加1mm，螺纹孔的个数为四个。

作为另一种优选方案，本发明所述定位销孔的个数为8～12个（根据活塞力吨位的不同，选择定位销孔的个数）。

其次，本发明所述止推环前端面中部为凸台结构，凸台结构后端沿周向设置有环形卡槽，环形卡槽内安装有卡簧；止推环由对称的两半圆环组成。

另外，本发明所述角度刻度线2度一格线，以10度为单位。

本发明有益效果。

本发明法兰连接结构是全新的结构，与现有的法兰连接结构有着重大的区别，通过对比与之相近似的法兰连接结构（如图8、9）就能看出两者之间存在着根本的区别，在设计理念和设计思路上完全不同。本发明法兰连接结构旋入十字头体的部分是对现有的液压连接结构旋入十字头体部分的改进设计，在十字头体外侧的部分为全新结构，通过对不同吨位的本发明法兰连接结构的多次试验，均取得了满意的结果。

本发明法兰连接结构与现有的法兰连接结构相比有以下特点。

1.互换性。本发明法兰连接结构旋入十字头体的部分与现有的液压连接结构的尺寸相同，同时确保活塞杆的弹性杆尺寸相同，这就保证了两种不同方式的连接结构具有互换性。根据用户的需求进行技术改造时，根本不需要更换活塞杆和十字头体，用户需要哪一种结构都可以，其实就是更换一种连接方式而已。本发明比现有的法兰连接结构的体积小、重量轻、制造成本低，既缩短改造周期，又不增加改造成本，为用户节约了改造成本。

现有的实例表明，将液压连接结构改成法兰连接结构或者将法兰连接结构改成液压连接结构，十字头体和活塞杆的弹性杆尺寸都会随着改变，这样就需要更换十字头体和活塞杆。本发明法兰连接结构对现有的十字头体和活塞杆的弹性杆结构和尺寸不做任何改变，就能互换安装。这是新型法兰结构的第一大特点。

2.法兰的拆装性。现有的法兰连接结构中的法兰均为整体式高颈法兰结构，这样就必须通过螺柱和螺母才能将法兰连接到十字头体上，装与拆的缓慢性和调整止点间隙的准确性差就体现在这里。本新型法兰连接结构是将整体式高颈法兰结构分解成法兰和定位体两个部分，而且法兰和定位体均设计成带有螺纹的结构，通过相互间的螺纹连接，又使这两个部分旋合重新组合起来。

正是这种新理念和新思路突破了以往的思维束缚，才推导出垫圈、调整垫和顶丝的结构，最后拆下顶丝，给人焕然一新的感觉，新型的法兰连接结构才得以定型。为了精准确定弹性杆的伸长量，才想出了用旋转法兰角度刻度换算成轴向伸长量的办法，新型的法兰连接结构才得以完善。这是新型法兰结构的第二大特点。

3.结构的简单性。现有的法兰连接结构均需用螺栓螺母将其连接到十字头体上，其结构复杂，而且法兰径向尺寸大。新型法兰连接结构是由拧入环旋入到十字头体上的，法兰径向尺寸小，在安装锁紧后将顶丝（螺栓）拆下，然后将磁铁或透明胶带拆下，从外观上看没有螺栓螺母的紧固连接，这是最大的与众不同之处，不仅构思巧妙，而且整体连接结构也非常简单，这是新型法兰结构的第三大特点。

4.装拆的快速性。现有的法兰连接结构在调整止点间隙时受调整垫厚度限制，需要更换调整垫一次或两次，增加了安装的次数。由于受调整垫厚度的限制，调整之后的止点间隙只是一个近似值，根本做不到分毫不差，其准确性差。调整好止点间隙后，有的需要用液压的方法将螺柱拉伸后用螺母锁紧，有的需要用扳手拧紧螺母之后将垫片翻边锁牢，所以安装和拆卸速度都很慢。

新型法兰连接结构由于拧入环自身带螺纹旋入十字头体内，能保证轴向定位的准确性，在安装时调整活塞止点间隙准确，能做到分毫不差，而且是一次性调整完毕，调整时间极短。安装和拆卸速度快，这一点是现有的法兰连接结构根本不能与之相比的，安装和拆卸的速度比现有法兰结构要快大约3倍。这是新型法兰连接结构的第四大特点。

5.磁力的巧用性。现有的法兰连接结构，当活塞的止点间隙调整好之后，需要两个人才能完成法兰连接结构的安装，而且安装速度还很慢。采用新型法兰连接结构，当活塞的止点间隙调整好之后，用两块磁铁放在垫圈与两个半圆的调整垫上将其吸住，或用透明胶带将垫圈与调整垫粘住，即仅凭两块钮扣大的磁铁或一寸长的透明胶带就可替代一个人的工作，这时只需一个人就能轻松地完成法兰连接结构的安装，而且安装速度快。在拆卸时用两块磁铁将调整垫吸住，或用透明胶带将垫圈与调整垫粘住，一个人就能快速低完成拆卸，这是新型法兰连接结构的第五大特点。

6. 伸长量的准确性。现有的法兰连接结构是通过更换一组调整垫来确定弹性杆的伸长量，调整垫厚度尺寸公差必须严格控制，由于紧固螺母没有设计角度刻度线，不具有任意性选择伸长量的功能，所以有一定的局限性。

新型法兰连接结构由于紧固法兰靠螺纹紧固，在法兰上设计有角度刻度线，只需要一个调整垫，弹性杆的伸长量与调整垫厚度尺寸公差无关，只要锁紧时旋转的角度确定，就能准确控制活塞杆弹性杆的伸长量，也可通过改变旋转角度来任意选择弹性杆的伸长量。即使是调整垫厚度不同也具有互换性，这是新型法兰连接结构的第六大特点。

7.体积小。本发明法兰连接结构的体积比原设计的液压连接结构的体积小，比现有的法兰连接结构的体积明显减小（径向尺寸）。

8. 由于不用液压连接打压紧固，可节省一个打压油泵，降低了成本，比液压连接结构要有竞争的优势。

原结构十字头销在工作状态下可自由转动并加铸铜衬套，实际使用中烧十字头销的事情时有发生，将十字头销固定使其不能转动，烧十字头销的现象立刻解决了，并且得到了多次验证。十字头销固定比十字头销转动的承载能力大，设计手册上有明确的规定，德国的《机械设计》中有计算公式也明确地指出来。新结构取消铸铜衬套，并将十字头销用标准键固定使其不能转动(如图2所示，十字头销端面外周设置有外端开口的十字头销C型键槽，十字头体与十字头销相接处相应于十字头销键槽设置有十字头体C型键槽；一键一侧置于十字头销C型键槽内，另一侧置于十字头体C型键槽内，所述挡板压在键上，防止键脱出)，从设计上讲符合设计要求，十字头销被固定之后，承载能力更大，工作时烧连杆衬套或烧十字头销的问题得到了解决。

本发明十字头销采用空心结构，比原设计要合理，抗弯强度明显增强，有设计计算为依据。十字头销原设计为两端封闭结构，心部的孔是为了通润滑油，新设计改变了原设计结构，两端为敞开结构，在十字头销的轴向环壁上钻长孔，并在一端开环形槽使得各油孔相互联通，两端面用挡板盖住，如果说环端漏油也是渗漏，与进油量相比是微乎其微，通过计算可得出渗漏量的平均值。空心的十字头销用钢管下料制造，不仅节省材料，也缩短了加工工时，重量减轻同时也给安装带来了方便。就减轻重量而言，吨位越大的机器，十字头销直径就越大，减轻重量就越显著。

本发明滑履长度不变，将滑履键槽扩大，镶嵌在十字头体上，滑履结构简单，也使得配偶件十字头体的结构简单了，十字头体的体积和重量达到最小化，加工也更简单了，更容易保证加工质量和精度，收到了一举两得的功效。原设计结构在加工时，一旦十字头体的键尺寸超差或者滑履的键槽尺寸超差，修复到图样规定的尺寸，对哪个零件修复起来都很麻烦。改进之后的结构就不同了，零件结构简单，容易保证加工质量和精度，一旦尺寸超差，只需对十字头体进行修复，简单省事。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明结构示意图。

图2是本发明的俯剖视图。

图3是本发明十字头销与十字头体连接部分的侧向剖视图。

图4是图2的十字头销侧视图。

图5是本发明调整垫一实施例结构示意图。

图6是本发明调整垫另一实施例结构示意图。

图7是本发明拧入环结构示意图。

图8是本发明定位环结构示意图。

图9是现有十字头体与活塞杆连接结构意图。

图10是图9中B-B剖视图。

图中，1为止推环、2为卡簧、3为拧入环、4为定位环、5为定位销、6为垫圈、7为调整垫、8为法兰、9为定位体、10为销、11为螺栓、12为垫片、13为滑履、14为十字头体、15为键、16为角度刻度线、17为胶粘剂、18为横向导油通道、19为挡板、20为螺栓、21为横向螺纹孔、22为扳手孔、23为十字头销、24为加强筋、25为竖向通油孔、26为竖向导油孔、27为竖向槽孔、28为螺栓孔、29为U形槽、30为半圆形垫块、31为竖向螺纹孔、32为导油槽、33为定位销孔、34为环形导油通道。

101为螺母、102为螺柱、103为止动垫片、104为高颈法兰、105为调整垫片、106为螺栓、107为销、108为垫片、109为垫片、110为滑履、111为十字头体、112为螺栓、113为止退垫、114为定位板、115为十字头销、116为螺塞。

具体实施方式

如图所示，本发明包括十字头体和活塞杆，活塞杆一端置于十字头体内，活塞杆置于十字头体内端头的后端设置有止推环，止推环后端的活塞杆外围设置有拧入环，拧入环外圈前部与十字头体内壁螺纹连接，拧入环后部置于十字头体外，拧入环后端的活塞杆外围设置有定位体，定位体前端外壁通过螺纹旋有法兰，法兰外壁上设置有扳手孔，定位体后端外壁上设置有扳手孔。

拧入环后部外壁套有定位环，定位环前端与十字头体端面相接触，定位环沿周向设置有多个竖向定位销孔，定位销孔与定位环一端的横向距离依次增加；拧入环后部外壁沿周向相应于定位销孔设置有多个竖向螺纹孔，螺纹孔与拧入环一端的横向距离依次增加。

定位环外侧套有垫圈，垫圈前端面与十字头体端面相接触，垫圈外壁上设置有扳手孔；法兰前端面与垫圈后端面之间设置有调整垫，法兰壁上设置有横向螺纹孔。

所述十字头体的十字头销穿孔凸台边沿向十字头体周边延伸设置有加强筋；加强筋为两个横向加强筋，中心线过十字头销穿孔中心；横向两个加强筋对称设置在十字头销穿孔左右两侧，一侧横向加强筋延伸至十字头体开口端，另一侧横向加强筋延伸至十字头体与活塞杆连接口的内端。

所述十字头体上下端与滑履相接处为键结构，滑履内侧为与十字头体上下端键结构对应的键槽，滑履通过销和螺栓与十字头体相连；所述十字头销为空心结构；十字头销两端面通过螺栓连接有挡板。将滑履设计成一个大键槽，十字头体设计成一个大键结构，则十字头体与滑履配合的长度可进一步减小，十字头体的重量可以明显减轻，本发明十字头体在结构上使得十字头体的体积达到最小化，重量也很轻,十字头体产品系列的重量均可减轻1/3以上，效果极其明显。十字头部件是往复运动部件，减轻十字头部件的重量对减小往复惯性力的效果是立竿见影的，为往复活塞式压缩机将来提高转速，减小整机体积准备好了条件。

所述法兰为T形法兰，调整垫后内端折角与T形法兰前端折角对应相接；所述横向螺纹孔和法兰上的扳手孔设置在T形法兰的大头上两侧。

所述调整垫由两个半圆形垫块组成，半圆形垫块内壁竖向中部设置有横贯内壁的U形槽，U形槽和两半圆形垫块对接处间隔分别与法兰壁上的对应横向螺纹孔对应，与U形槽对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、U形槽顶在垫圈上；与两半圆形垫块对接处间隔对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、对接处间隔顶在垫圈上。现有的法兰连接结构，当活塞的止点间隙调整好之后，需要两个人才能完成法兰连接结构的安装，而且安装速度还很慢。采用本发明法兰连接结构，当活塞的止点间隙调整好之后，可用两块磁铁放在垫圈与两个半圆的调整垫上方，用磁场力吸住调整垫来代替人的两只手卡住调整垫，即仅凭两块钮扣大的磁铁就可替代一个人的工作，这时只需一个人就能轻松地完成法兰连接结构的安装，而且安装速度快。在拆卸时用两块磁铁将调整垫吸住，一个人就能快速低完成拆卸。

所述调整垫由两个半圆形垫块组成，半圆形垫块内壁竖向中部和下部对称设置有两个横贯内壁的U形槽，U形槽和两半圆形垫块对接处间隔分别与法兰壁上的对应横向螺纹孔对应，与U形槽对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、U形槽顶在垫圈上；与两半圆形垫块对接处间隔对应的螺栓前端依次旋过横向螺纹孔、对接处间隔顶在垫圈上。6个孔适用于32吨以上活塞力的连接，上段的4个孔的适用于25吨以下活塞力的连接。

所述定位环内壁与拧入环外壁通过胶粘剂粘接。

所述拧入环、定位体、垫圈、止推环、调整垫、法兰采用45碳钢体。

所述法兰后端外壁和法兰后端与定位体相接处的定位体外壁上设置有角度刻度线。现有的法兰连接结构是通过更换一组调整垫来确定弹性杆的伸长量，调整垫厚度尺寸公差必须严格控制，由于法兰没有设计角度刻度线，不具有任意性选择伸长量的功能，所以有一定的局限性。

本发明法兰连接结构由于法兰靠螺纹紧固，在法兰上设置有角度刻度线，只要锁紧时旋转的角度确定，就能准确控制活塞杆弹性杆的伸长量，也可通过改变旋转角度来任意选择弹性杆的伸长量, 弹性杆的伸长量与调整垫厚度无关，只与法兰旋转角度有关。

所述十字头体与套在活塞杆上的拧入环的连接螺纹的螺距为3mm或4mm。现有十字头体与液压连接结构的紧固连接的螺纹螺距均为2mm，在维修时液压连接结构拆卸不下来的情况时有发生，罪魁祸首之一是螺距太小，单个螺纹截面积小，受力端的前三扣螺纹受力最大，螺纹在交变载荷的作用下产生了塑性变形，螺纹扣被咬死（罪魁祸首之二是液压连接结构的材料选用合金钢42CrMo，原设计一味追求使用高强度材料，而不知道金属材料的抗拉强度越高，其抗疲劳强度越低的特性）。通过将螺纹螺距加大（活塞力16吨以下的螺距3mm，活塞力20吨以上的螺距4mm），维修时液压连接结构拆卸不下来（即螺纹咬死）的问题得到了彻底解决。

所述十字头销的内径与外径的比值≥0.6。

所述十字头体的通油孔设置在滑履中部；通油孔为竖向通油孔，中心过十字头销穿孔横向中心；滑履两侧设置有导油槽，导油槽上端与通油孔相连，导油槽下端与贯穿滑履、十字头体的竖向导油孔上端相连，竖向导油孔下端通过十字头销上的竖向槽孔与十字头销壁内的横向导油通道，十字头体两侧的竖向槽孔通过所述横向导油通道与十字头体中部外壁上的竖向槽孔相连；所述横向导油通道为四个，沿周向均布，上下侧横向导油通道与所述竖向导油孔相连，各横向导油通道一侧通过十字头体壁端面的环形导油通道连通。原十字头体通油孔为偏心结构，在钻孔时钻头容易向一侧跑偏，也容易将钻头损坏，必须安装一个假十字头销工装，这样做法既麻烦，又必须时常更换新工装。新结构将通油孔垂直指向十字头销孔的中心位置，钻孔时不需要任何工装来防止钻头跑偏，铸件结构对称了、简化了，结构也合理了。

所述定位销孔与定位环一端的横向距离依次增加1mm，螺纹孔与拧入环一端的横向距离依次增加1mm，螺纹孔的个数为四个。

所述定位环采用尼龙610定位环。

所述止推环前端面中部为凸台结构，凸台结构后端沿周向设置有环形卡槽，环形卡槽内安装有卡簧；止推环由对称的两半圆环组成。

所述十字头体采用球墨铸铁QT450-10十字头体。十字头体材由铸钢改为球墨铸铁QT450-10，可采用等温淬火ADI热处理工艺，抗拉强度增加一倍，疲劳强度也增加近一倍。

所述拧入环的螺纹为M90×4。

所述角度刻度线2度一格线，以10度为单位。

本发明十字头与活塞杆紧固连接的安装说明。

1.按图示结构将法兰连接结构的零件安装在活塞杆上，调整垫除外；序号6与十字头体之间预留空隙，漏出定位环的扳手孔。

2.用钩扳手拧动定位环（序号4），将拧入环（序号3）旋入到十字头体内，待调整好活塞的止点间隙后，卸下定位销（序号5），旋转定位环贴靠在十字头体上，将已卸下的定位销涂上胶粘剂再次拧入拧入环（序号3）内，同时将胶粘剂涂抹在序号3与序号4的缝隙处，使其粘牢。

3.将调整垫安装上，并用磁铁将其吸在垫圈上。用钩扳手插入法兰边缘上的扳手孔拧动法兰（序号8），将调整垫压住，并使定位体（序号9）的刻度线处于水平位置，记录法兰刻度线的水平位置数值。

4.用钩扳手将法兰松开，同时用铁棍插入定位体的扳手孔内使其不能发生转动位移，然后将磁铁和调整垫拆下。

5.将顶丝（螺栓）拧入法兰的横向螺纹孔内，将法兰顺着旋紧方向旋转45°（换算成轴向位移0.5mm）。根据压缩机活塞力吨位的不同，活塞杆弹性杆的伸长量也不相同，换算成旋转的角度也不同。

6.将顶丝（螺栓）旋入顶到垫圈（序号6）之后，对称拧紧顶丝，使活塞杆的弹性杆伸长0.6mm，然后再次将调整垫安装上，用磁铁将调整垫吸在垫圈上，或用透明胶带将垫圈和调整垫粘住。

7.对称旋松顶丝（螺栓），使法兰压紧调整垫。

8.拆下顶丝、磁铁或透明胶带，安装完毕。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。