畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-采煤機(jī)機(jī)載調(diào)高噴霧泵站設(shè)計(jì)

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1、 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)2008屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第110頁(yè) 1 概 述 隨著采掘機(jī)械話程度和工作面產(chǎn)量不斷提高，井下污染問題日益引起重視。實(shí)測(cè)采煤工作面采煤機(jī)截割時(shí)的原始粉塵農(nóng)度高達(dá)（采煤機(jī)司機(jī)及下風(fēng)流10人行道處），最高可達(dá)。一般認(rèn)為粒度小于的呼吸性粉塵含量，是衡量空氣污染程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)?！睹旱V安全規(guī)程》規(guī)定，井下空氣中的總粉塵量最高允許濃度為。呼吸性粉塵容易沉積在肺部引起塵肺病，呼吸性粉塵最高允許濃度為。粉塵達(dá)到一定濃度時(shí)，影響設(shè)備操作人員的視野，易造成人身事故，還容易引起或加劇瓦斯爆炸

2、的強(qiáng)度。我國(guó)1993年和1994年爆炸好幾次，傷亡慘重，另外，工人長(zhǎng)期處于高濃度粉塵作業(yè)場(chǎng)所，易換上職業(yè)塵肺病。煤炭系統(tǒng)塵肺人數(shù)占我國(guó)總塵肺人數(shù)的一半，對(duì)此國(guó)家每年要花費(fèi)大量的人力物力，經(jīng)濟(jì)損失巨大，也給患者及家屬帶來很大的痛苦。所以，減少采掘過程中產(chǎn)生的粉塵具有重要意義。 采煤機(jī)的滾筒在割煤裝煤過程中，會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，不僅降低工作面的能見度，而且對(duì)安全健康極為不利，滾筒截割到頂板或底板時(shí)，必然要降低行走速度，也會(huì)生成較多粉塵，且可產(chǎn)生火花，引起瓦斯爆炸。因此必須及時(shí)進(jìn)行降塵。用噴嘴擴(kuò)散和霧化壓力水，形成包圍塵源的水霧（即噴霧），把粉塵撲滅，是本次設(shè)計(jì)的降塵措施。噴霧降塵包括機(jī)內(nèi)輸配水系統(tǒng)和

3、降塵器配置系統(tǒng)兩部分。輸配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為高壓噴霧。雖然高壓噴霧系統(tǒng)的裝備和維護(hù)費(fèi)用高，但將塵效果好（一般比低壓噴霧的降塵效率提高），適用于現(xiàn)代話高生產(chǎn)率采煤機(jī)上。 采煤機(jī)機(jī)載調(diào)高噴霧泵站為整體式布置即所有零部件均安裝在一個(gè)框架內(nèi)，再與采煤機(jī)其他部件連接，安設(shè)在低托架中部，工作時(shí)隨采煤機(jī)一起在采煤工作面移動(dòng)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作控制方便，高壓噴霧滅塵效果好，事故率低的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了將采煤機(jī)的冷卻、調(diào)高、噴霧三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)為采煤機(jī)機(jī)載調(diào)高噴霧泵站由調(diào)高噴霧總成（包括防爆電動(dòng)機(jī)、減速器、泵體和底盤等）、過濾器組（包括過濾器、卸載閥組、轉(zhuǎn)閥、壓力表、六通閥、蓄能器等）兩大部分組成。調(diào)高噴霧泵的作用是將過濾

4、器過來的常壓清水轉(zhuǎn)換成高壓水，供滾筒調(diào)高以及設(shè)備冷卻和噴霧滅塵使用。過濾器組的作用是將回收的電機(jī)冷卻水或井上來的清水，經(jīng)過過濾器內(nèi)的過濾網(wǎng)，把各種雜質(zhì)過濾下來，以保證水的清潔度。泵主要由箱體、泵頭、連桿、柱塞、曲軸、進(jìn)排液閥等組成。為臥式三柱塞往復(fù)泵，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一級(jí)齒輪減速，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿、滑塊使柱塞泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞在高密封的高壓腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作液經(jīng)吸排水閥吸入和排出，從而使泵輸出壓力液體，再經(jīng)單向閥通過橡膠軟管進(jìn)入工作面。 對(duì)于本次的設(shè)計(jì)我要解決的問題是： ①電機(jī)冷卻水的回收問題。 ②本次設(shè)計(jì)的泵站實(shí)現(xiàn)將現(xiàn)有電牽引采煤機(jī)的相互獨(dú)立的調(diào)高系統(tǒng)與噴霧系統(tǒng)合并為一個(gè)系統(tǒng),共享同一

5、壓力源。 ③本泵站在采煤機(jī)上的安放位置。 圖1.1 采煤機(jī)噴霧系統(tǒng)示意圖 2 方案論證 我國(guó)目前煤礦井下采掘工作面大多以傳統(tǒng)的噴霧降塵為主（水壓在以下，普通噴嘴），降塵效果特別是對(duì)呼吸性粉塵的降塵效果不理想，因此，本次設(shè)計(jì)的采煤機(jī)機(jī)載調(diào)高噴霧泵站是壓力為的高壓噴霧，與電牽采煤機(jī)配套使用，是為采煤機(jī)提供噴霧滅塵、冷卻用水和搖臂調(diào)高的設(shè)備。高壓噴霧克服了采煤機(jī)原來使用的低壓內(nèi)外噴霧對(duì)粉塵降塵效率低的缺點(diǎn)。極大地改善了機(jī)采工作面的勞動(dòng)衛(wèi)生條件。 原來噴霧降塵系統(tǒng)有許多的缺點(diǎn)，首先，由于采煤機(jī)的各電機(jī)都是采用水冷方式冷卻，冷卻水套所要求的水的壓力限制在，由于壓力低造成噴霧時(shí)噴嘴的水霧化效

6、果差、噴射距離短且容易造成煤堵塞噴嘴。另外，采用以油為為介質(zhì)的泵站調(diào)高，在處理事故時(shí)容易造成環(huán)境污染。以下是系列滾筒采煤機(jī)的噴霧冷卻系統(tǒng)和搖臂的調(diào)高液壓系統(tǒng)圖： 1- 水門；2-過濾器；3-節(jié)流閥；4-水流分配閥；5-左噴頭；6-右噴頭； 7，8-不可調(diào)節(jié)流閥；9，10-左右外噴霧裝置。 圖2.1 MG150系列滾筒采煤機(jī)噴霧冷卻系統(tǒng)圖 它采取噴霧和冷卻分別供水的方法，水源由工作面水管進(jìn)入裝在機(jī)器上的水門1和過濾器2后，水流分成兩路：一路水流經(jīng)節(jié)流閥3后，又分成兩路，其中一路去液壓泵箱冷卻器，冷卻泵箱內(nèi)的油后經(jīng)噴頭5噴出，起降塵作用；另一路去電機(jī)的水套，冷卻電機(jī)的定子，由電機(jī)

7、水套出來的水流，經(jīng)噴頭6噴出，也起降塵作用這種降塵方法遠(yuǎn)不及經(jīng)泵站加壓噴出的高壓水的降塵效果，實(shí)質(zhì)上是浪費(fèi)了水源。 1-調(diào)高泵；2-左右調(diào)高油缸；3-手動(dòng)換向閥；4-高壓換向閥；5-單向閥 圖2.2 MG150系列滾筒采煤機(jī)調(diào)高液壓系統(tǒng)圖 本次設(shè)計(jì)的采煤機(jī)機(jī)載調(diào)高噴霧泵站為整體式布置即所有零部件均安裝在一個(gè)框架內(nèi)，再與采煤機(jī)其他部件連接，安設(shè)在低托架中部，工作時(shí)隨采煤機(jī)一起在采煤工作面移動(dòng)。它具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作控制方便，高壓噴霧滅塵效果好，事故率低的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了將采煤機(jī)的冷卻、調(diào)高、噴霧三大系統(tǒng)設(shè)計(jì)為互為關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一整體。液壓系統(tǒng)圖如下： 圖2.3 電牽引采煤

8、機(jī)冷卻、調(diào)高、噴霧降塵液壓系統(tǒng)圖 1.進(jìn)水閥 2.進(jìn)水壓力表 3.進(jìn)水過濾器4.減壓閥 5.壓力表 6.分配節(jié)流閥 7.電機(jī)冷卻器8.冷卻回水過濾器9.水箱 10.低壓安全閥11.吸液過濾器 12.泵13.泵用安全閥14.卸載式溢流閥15.卸載閥單向閥16.卸載閥主閥 17.液壓控制18.噴霧器19.泵用壓力表20.節(jié)流閥21.操縱閥22.調(diào)高液壓缸23.蓄能器 ①冷卻系統(tǒng) 主要組成：開關(guān)閥、減壓閥及水分配閥。 工作原理：如圖3所示，冷卻系統(tǒng)由工作面Φ25供水管供水，經(jīng)開閥進(jìn)水過濾器、減壓閥到水分配閥，在水分配閥分為6路分別進(jìn)入左、右截割電機(jī)，左、右搖臂冷卻器，泵站電機(jī)和兩個(gè)牽引

9、部的電磁滑差調(diào)速器進(jìn)行冷卻，除了進(jìn)入兩個(gè)牽引部的電磁滑差調(diào)速器的冷卻水由于電磁滑差調(diào)速器的結(jié)構(gòu)有特殊要求而外泄外，其余冷卻水由5條高壓膠管引回進(jìn)入水箱，至此完成采煤機(jī)電機(jī)和冷卻箱的冷卻工作。 電機(jī)冷卻水的回收是本次設(shè)計(jì)優(yōu)越于以往冷卻水用于噴霧或排放掉浪費(fèi)的地方，本次設(shè)計(jì)的電機(jī)定子冷卻水的回收，不僅節(jié)約了水源提高了降塵效果，而且保證了供采煤機(jī)滾筒調(diào)高的壓力。 ②泵站動(dòng)力系統(tǒng) 主要組成：由隔爆電機(jī)、三柱塞臥式柱塞泵、卸載閥、蓄能器、過濾器、壓力表及水等組成。 工作原理：采煤機(jī)各電機(jī)及冷卻器的冷卻回水進(jìn)入水箱后，通過磁性過濾器及吸液過濾器過濾后進(jìn)入柱塞泵，經(jīng)蹦泵加壓后到達(dá)卸載閥，而后分為3路

10、：第1路，沖開單向閥，通過輸水高壓膠管引處到達(dá)節(jié)流控制閥，供噴霧抬高使用。第2路，到達(dá)手動(dòng)卸載閥（手卸閥打開時(shí)）經(jīng)過回液斷路器回水箱。第3路，通過主閥上的節(jié)流孔進(jìn)入主閥上腔，與閥芯下腔壓力共同作用于先導(dǎo)閥芯形成向上的推力，控制先導(dǎo)閥的起閉，到達(dá)超壓卸載的目的。 ③噴霧調(diào)高系統(tǒng) 主要組成：由節(jié)流控制閥、噴霧器、噴霧壓力表、調(diào)高操作閥等組成。 工作原理：由泵站出來的壓力水首先到達(dá)節(jié)流控制閥（差動(dòng)溢流閥的改進(jìn)型），在次分為兩路，一路當(dāng)調(diào)高操作閥不動(dòng)作時(shí)，即通向操作閥的水路為封閉狀態(tài)時(shí)，壓力水打開閥芯向噴霧器供水進(jìn)行噴霧滅塵工作。另一路當(dāng)采煤機(jī)需進(jìn)行搖臂調(diào)高操作時(shí)，開啟調(diào)高操作閥從而使閥芯下腔處

11、壓力降低而小于調(diào)壓彈簧力，使得閥芯關(guān)閉停止噴霧，壓力液體向調(diào)高千斤頂供液實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的調(diào)高工作。 本次泵站的設(shè)計(jì)選用往復(fù)柱塞泵而不選用齒輪泵及其他類型的泵，是因?yàn)辇X輪泵最難解決的問題是泄漏問題，噴霧泵站使用的介質(zhì)是清水。由于兩嚙合齒之間的縫隙很大，更是加劇了非常嚴(yán)重的泄漏，給密封來了很大的困難，泄漏不僅使容積效率大大降低而且很難達(dá)到所需壓力。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的泵站的額定壓力為18MPａ，壓力較高，更不容易滿足。 圖2.4 齒輪泵結(jié)構(gòu)圖 1-彈簧當(dāng)圈；2-壓蓋；3-滾針軸承；4-后蓋板；5-鍵；6-齒輪；7-泵體；8-前蓋板；

12、9-螺釘；10-密封座；11-密封環(huán)；12-長(zhǎng)軸；13-鍵；14-泄油通道；15-端軸；16-泄菏溝；17-圓柱銷 往復(fù)柱塞泵的突出優(yōu)點(diǎn)是：可獲得高的排壓，且流量與壓力無關(guān)，適應(yīng)輸送介質(zhì)十分廣泛，吸入性能好，效率高，泵的性能不隨壓力和輸送介質(zhì)粘度的變動(dòng)而變動(dòng)。由于泵的結(jié)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單、操作比較方便，而且還有體積小、重量輕、流量均勻等一系列優(yōu)點(diǎn)，也是本次選擇柱塞泵的原因之一。柱塞泵有其他類型的泵所不及的特點(diǎn)，它屬于容積式泵，是借助工作腔里容積周期性變化來達(dá)到輸送液體的目的的；原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能經(jīng)泵直接轉(zhuǎn)化為輸送液體的壓力能；泵的流量只取決于工作腔容積變化值極其在單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)（頻率），而（

13、在理論上）與排出壓力無關(guān)。這一實(shí)現(xiàn)工作腔容積變化的方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，構(gòu)成了柱塞泵性能參數(shù)和總體結(jié)構(gòu)的一系列特點(diǎn)。柱塞泵不僅經(jīng)濟(jì)性可靠,而且工作效率高。這正是其他類型的泵所不能比及的。具體特點(diǎn)可歸納如下： 1、 瞬時(shí)流動(dòng)是脈動(dòng)的 2、 平均流量（即泵的流量）是恒定的 3、 泵的壓力取決于管路特性 4、 對(duì)輸送的介質(zhì)（液體）有較強(qiáng)的適應(yīng)性。原則上可以輸送任何介質(zhì)，幾乎不受介質(zhì)的物理性能和化學(xué)性能的限制。 5、 有良好的自吸性能，所以在啟動(dòng)前通常不需灌泵。 本次設(shè)計(jì)中采用臥式柱塞泵，而不采用軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。是因?yàn)榕P式柱塞泵通常為閥式配流，耐震動(dòng)和沖擊性能較好，工作壓力較高，對(duì)液體的

14、過濾精度要求較底，有一定的自吸能力。由于采用密封圈密封，轉(zhuǎn)速不宜過高，但使用了齒輪的一級(jí)減速，就達(dá)到了要求。制造和使用起來都很經(jīng)濟(jì)。 軸向柱塞泵雖然有結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，壓力高，效率高，易于實(shí)現(xiàn)變量等諸多優(yōu)點(diǎn)。但它主要使用于工程機(jī)械、起重運(yùn)輸機(jī)械、船舶等方面。它的造價(jià)高，用在噴霧泵上就很不經(jīng)濟(jì)。 徑向柱塞泵雖然加工精度要求較底，但其徑向尺寸要求較大，結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，不適合用在機(jī)載的噴霧泵上。 圖2.5 配流閥式徑向柱塞泵 1-傳動(dòng)軸；2-離合器；3-缸體；4-配流軸；5-壓環(huán)； 6-滑靴；7-柱塞；8

15、-定子；9、10-控制活塞 調(diào)高噴霧泵站由調(diào)高噴霧總成（包括防爆電動(dòng)機(jī)、減速器、泵體和底盤等）、過濾器組（包括過濾器、卸載閥組、轉(zhuǎn)閥、壓力表、六通閥、蓄能器等）兩大部分組成。調(diào)高噴霧泵的作用是將過濾器過來的常壓清水轉(zhuǎn)換成高壓水，供滾筒調(diào)高以及設(shè)備冷卻和噴霧滅塵使用。過濾器組的作用是將回收的電機(jī)冷卻水或井上來的清水，經(jīng)過過濾器內(nèi)的過濾網(wǎng)，把各種雜質(zhì)過濾下來，以保證水的清潔度。 噴霧泵主要由箱體、泵頭、連桿、柱塞、曲軸、進(jìn)排液閥等組成。為臥式三柱塞往復(fù)泵，電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)一級(jí)齒輪減速，帶動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)連桿、滑塊使柱塞泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)，柱塞在高密封的高壓腔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作液經(jīng)吸排水閥吸入和排出，從而使

16、泵輸出壓力液體，再經(jīng)單向閥通過橡膠軟管進(jìn)入工作面。在泵的排液腔一端裝有安全閥。 過濾器組主要有立式原形過濾器及卸載閥、蓄能器等組成，起低壓進(jìn)水的過濾及中壓出液的控制作用。泵站工作原理為來水首先經(jīng)過過濾器過濾，然后進(jìn)入泵加壓，在經(jīng)過卸載閥組經(jīng)膠管送到采煤機(jī)供噴霧冷卻和調(diào)高用。當(dāng)不需要用水時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)關(guān)閉閥門，這時(shí)噴霧泵站由于出液的截止，壓力迅速升高到卸載閥調(diào)定壓力，泵站卸載，噴霧泵輸出的液體被直接送到泵站的進(jìn)液口，泵輕負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)需要用水時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)打開供水閥門，卸載閥在液壓力的作用下，自動(dòng)轉(zhuǎn)入正常的供液狀態(tài)，泵站恢復(fù)工作。過濾器工作一段時(shí)間需要清洗時(shí)，可利用泵站輸出的壓力水來進(jìn)行反沖洗過

17、濾網(wǎng)，不必卸下過濾器進(jìn)行沖洗。 電機(jī)在采煤機(jī)上橫向布置經(jīng)一對(duì)直齒圓柱齒輪減速，帶動(dòng)泵轉(zhuǎn)動(dòng)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下： 圖2.6 傳動(dòng)方案示意圖 電牽引采煤機(jī)是在液壓牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。而電牽引采煤機(jī)沒有液壓系統(tǒng)，故原有的液壓箱正好可以放調(diào)高噴霧泵站。 3、電動(dòng)機(jī)的選型 3.1 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇： 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)電源、工作條件和載荷特點(diǎn)來選擇。由于井下瓦斯煤塵大，易燃燒和爆炸，因此本次設(shè)計(jì)選用隔爆異步電動(dòng)機(jī)。為全封閉自扇冷式隔爆型電動(dòng)機(jī)。廣泛用于爆炸性的氣體混合物存放的場(chǎng)所作一般用途驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。工作條件為

18、：①工作方式為S1。②海拔不超過1000米。③環(huán)境溫度不超過40度。 準(zhǔn)備選用轉(zhuǎn)速為的YB防爆電動(dòng)機(jī)。該系列電動(dòng)機(jī)防爆性能符合GB3836.1-83《防爆環(huán)境電氣設(shè)備—通用要求》、GB3836.2—83《防爆環(huán)境電氣設(shè)備—隔爆電氣設(shè)備“d”》及《電氣設(shè)備隔爆外殼的結(jié)構(gòu)與實(shí)驗(yàn)》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其功率等級(jí)與安裝尺寸與德國(guó)DIN2673標(biāo)準(zhǔn)相同。防護(hù)等級(jí)：IP44 接線盒（IP54）；絕緣等級(jí)：F級(jí)。考慮到安裝及體積的大小故選擇底座帶底腳、端蓋無凸緣的電動(dòng)機(jī)。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)等于或稍大于電動(dòng)機(jī)所需要的實(shí)際功率Nd‘。 圖3.1 YB防爆電動(dòng)機(jī) 選擇電動(dòng)機(jī)的原則歸

19、納為以下幾點(diǎn): ⑴ 電動(dòng)機(jī)必須滿足前述功率的要求； ⑵選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)注意到轉(zhuǎn)差率。 ⑶應(yīng)注意電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)力矩和啟動(dòng)電流。 ⑷注意泵輸送介質(zhì)和操作環(huán)境的易燃易爆性。 ⑸電動(dòng)機(jī)外形尺寸與泵搭配合適，機(jī)組外形美觀，便于安裝和維修。 3.2 電動(dòng)機(jī)功率的選擇與確定 ① 泵的有效功率 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》式1-250~1-253可知，當(dāng)帶入常用單位后可得： ② 泵的軸功率(輸入)功率N 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》式1-257可知: 式中是泵的效率。 電動(dòng)泵的效率范圍是=0.60~0.90 取=0.8， ③ 電動(dòng)機(jī)功率 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》式1-270可知， 電動(dòng)機(jī)功率Nd為：

20、 式中 -泵的傳動(dòng)裝置效率取0.97; -電動(dòng)機(jī)效率0.92; 由于泵的效率已包括了泵的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的磨擦損失,所以泵的傳動(dòng)裝置效率只與泵的減速的機(jī)械損失有關(guān)。齒輪傳動(dòng)， =0.94～0.99;電動(dòng)機(jī)效率通常由電動(dòng)機(jī)出廠說明書給出。 ④ 儲(chǔ)備系數(shù)和電動(dòng)機(jī)功率選擇 考慮到往復(fù)泵的流量是脈動(dòng)的，泵的載荷也是脈動(dòng)，泵的瞬時(shí)功率和平均功率差別較大，而且密封處的機(jī)械摩擦損失和容積損失也很難精確確定。為了使泵在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中不致超載，常常在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，還要留有一定的富裕量，把這富裕稱為儲(chǔ)備系數(shù)。實(shí)際電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)為： 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》儲(chǔ)備系數(shù)表2-7選擇 =1.

21、10 取 電機(jī)轉(zhuǎn)速取 4 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 根據(jù)泵站的特點(diǎn)選用臥式一級(jí)開式圓柱齒輪減速。為加工方便采用水平刨方式。由于傳遞功率不大，故軸承全部采用深溝球軸承。聯(lián)軸器采用凸緣聯(lián)軸器。 （1） 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比的確定 根據(jù)電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速及工作機(jī)轉(zhuǎn)速，就可計(jì)算出傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比： 確定電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速為。查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》表2~6 常見泵型的值范圍及建議值，選取泵的轉(zhuǎn)速 減速器的兩軸分別命名為1軸、2軸。 （2） 各軸輸入功率及轉(zhuǎn)速的計(jì)算： 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》： 滾動(dòng)軸承效率，閉式圓柱齒輪效率，聯(lián)軸器效 率 輸入軸： 輸出軸： 式中

22、 為工作機(jī)所需輸入功率 兩軸轉(zhuǎn)速： 輸入軸： 輸出軸： （3） 各軸扭矩計(jì)算： 輸入軸： 輸出軸： 軸 號(hào) 轉(zhuǎn) 速 輸入功率 輸入扭矩 傳動(dòng)比 效率 1軸 1470 21.75 141.3 2.94 0.96 2軸 500 20.89 399 0.96 4.1傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1選擇齒輪材料,確定許用應(yīng)力 由表選 小齒輪調(diào)質(zhì) 大齒輪45正火 許用接觸應(yīng)力［σH］ 由式， 接觸疲勞極限查《機(jī)械設(shè)計(jì)

23、》圖6-4 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)由式： 接觸強(qiáng)度壽命系數(shù)：查圖　, 接觸強(qiáng)度最小安全系數(shù)： 則： 許用彎曲應(yīng)力由式， 彎曲疲勞極限查圖 彎曲強(qiáng)度壽命系數(shù) 查圖 彎曲強(qiáng)度尺寸系數(shù) 查圖 彎曲強(qiáng)度最小安全系數(shù) 則： 4.1.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)，按估取圓周速度， 公差8-8-7 參考手冊(cè)，選取 小輪分度圓直徑，由式6-15，得 齒寬系數(shù),按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱布置。=0.8 小輪齒數(shù)Z1在推薦值20-40中選：Z1=27 大

24、輪齒數(shù)Z2， 圓整?。篫2=79 齒數(shù)比 傳動(dòng)比誤差 合適 小輪轉(zhuǎn)距： 載荷系數(shù) 使用系數(shù) 查表：， 動(dòng)載荷系數(shù)K 由推薦值：1.05~1.4 齒間載荷分配系數(shù) 由推薦值：1.0~1.2?。? 齒向載荷分布系數(shù) 由推薦值：1.0~1.2取： 載荷系數(shù): 材料彈性系數(shù) 查表： 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖： 重合度系數(shù)由推薦值：0.85~0.92 ?。? 故 齒輪模數(shù)： 按表

25、圓整： 小輪分度圓直徑： 大輪分度圓直徑： 圓周速度： 中心距： 圓整 齒寬b： 取 大輪齒寬： 小輪齒寬： 4.1.3齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 由式： 齒形系數(shù)：查表6.5 小輪： 大輪： 應(yīng)力修正系數(shù)：查表6.5小輪： 大輪： 重合度 重合度系數(shù) 故： 4.1.4齒輪其他主要尺寸計(jì)算 大輪大端分度圓直徑： 根圓直徑： 頂圓直徑： 4.2 齒輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1計(jì)算作用在小齒輪上的力 轉(zhuǎn)矩

26、 輸出軸上大齒輪分度圓直徑： 圓周力 徑向力 4.2.2 初步估算軸的直徑 選取45號(hào)鋼作為軸的材料調(diào)質(zhì)處理 由式 計(jì)算軸的最小直徑并加大3%以考慮 鍵槽的影響。查表8.6 取 則 圓整 4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 確定軸的結(jié)構(gòu)方案從右端起分別為軸1段、2段、3段、4段、5段。此軸做成齒輪軸，軸承從右端裝入，靠軸肩定位。 確定各段軸徑和長(zhǎng)度： 4 1 6 7 2 3 5 1段：根據(jù)圓整（按G

27、B/T5843-1986）并由和 查《課程設(shè)計(jì) 課程上機(jī)與設(shè)計(jì)》表14-5，選擇凸緣聯(lián)軸器 型號(hào)為,比軸孔長(zhǎng)度短作為1段長(zhǎng)度 2段：為使半聯(lián)軸器定位，軸肩高度,符合標(biāo)準(zhǔn)密封內(nèi)徑，（JB/ZQ4606-86）取端蓋寬度, 端蓋外端面與半聯(lián)軸器右端面,則 查《機(jī)械設(shè)計(jì) 課程上機(jī)與設(shè)計(jì)》表13-4，選深溝球軸承 ；代號(hào)61807 綜上考慮取 軸承潤(rùn)滑方式的選擇： 酯潤(rùn)滑 極限轉(zhuǎn)速 3段：

28、根據(jù)結(jié)構(gòu)需要 4段：因?yàn)樵O(shè)計(jì)為齒輪軸，直徑為齒輪分度圓直徑，長(zhǎng)度為齒寬。 5段：同3 6段：查《機(jī)械設(shè)計(jì) 課程上機(jī)與設(shè)計(jì)》表13-4，選深溝球軸承 ；代號(hào)61807 B=7mm. 4.2.4繪制軸的彎矩圖和扭矩圖 1.輸入軸： （1）求軸承反力： 水平面： 垂直面： （2）求齒寬中心處彎矩： 水平面： 垂直面：

29、 （3）合成彎矩： 扭矩： 彎扭圖、扭矩圖見下面 4.2.5按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度 當(dāng)量彎，取折合系數(shù)=0.6, 4.3 齒輪軸的強(qiáng)度校核 校核軸的疲勞強(qiáng)度極限 危險(xiǎn)

30、截面是應(yīng)力大且應(yīng)力較集中的地方，故截面是危險(xiǎn)截面 截面的彎矩 截面上的扭矩 ? ? 扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的應(yīng)力應(yīng)與平均應(yīng)力相等,即 軸圓角處的應(yīng)力集中系數(shù) 由表4-5查得 其中 取為 尺寸系數(shù) ∵軸截面為圓形截面,查圖4-18得 軸加工為精車加工,查圖4-19得 根據(jù)彎曲特性系數(shù) =0.5 取 查表4-4中的許用安全系數(shù)[s]值,可知齒輪軸安全。 4.4 齒輪軸上軸承的校核 4.4.1齒輪機(jī)構(gòu)輸入軸滾動(dòng)軸承的選擇及壽命驗(yàn)算 為便于裝拆軸承內(nèi)圈 且符合標(biāo)準(zhǔn)查《機(jī)械設(shè)計(jì) 課程上機(jī)與設(shè)計(jì)》表13-4，選深

31、溝球軸承 ；代號(hào)61805 . 4.4.2計(jì)算軸承的受力 徑向力 軸向外載荷為0 派生軸向力S=0 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 對(duì)于滾動(dòng)軸承61807： 計(jì)算軸承壽命： 式中對(duì)于球軸承

32、 則 取溫度影響系數(shù) 取載荷影響系數(shù) 則 軸承的額定壽命：小修一年，360天每年， 每天工作16小時(shí) 則 軸承壽命足夠 4.5 齒輪軸上鍵聯(lián)接的選擇計(jì)算 根據(jù)與半聯(lián)軸器處直徑,選取A型普通平鍵 擠壓強(qiáng)度條件: 查<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>表3.3 知 取 則 ,該鍵強(qiáng)度足夠安全 根據(jù)齒輪處直

33、徑，選取A型普通平鍵 擠壓強(qiáng)度條件: 查<<機(jī)械設(shè)計(jì)>>表3.3 知 取 則,該鍵強(qiáng)度足夠安全 5 臥式柱塞泵的總體設(shè)計(jì) 5.1總體結(jié)構(gòu)形式的選擇 ①聯(lián)數(shù)選擇：當(dāng)泵的流量、排出壓力相同的條件下，聯(lián)數(shù)越多，柱塞直徑越小，活塞力自然較小，從而可使總體尺寸減??；當(dāng)按一定的比例輸送介質(zhì)時(shí)，選擇多聯(lián)泵，有利于保證比例恒定而不受電壓、頻率變化的干擾；多聯(lián)泵的運(yùn)動(dòng)零部件多，易損件也多，且吸排管路布置困難。因此，一般只在流量大、排出壓力高或按比例輸送時(shí)才選擇多聯(lián)泵。綜合以上因素考慮，選擇三聯(lián)泵。 ②缸數(shù)選擇：多缸泵可使排出的流量

34、不均勻度減小。一般講，缸數(shù)越多，流量越均勻。但是偶數(shù)缸不均勻度減小幅度不如奇數(shù)缸減小的幅度大。因此，選擇奇數(shù)缸，即三缸。 ③作用數(shù)的選擇：雙作用泵主要用于活塞泵。由于雙作用泵幾乎可以成倍地增加流量而總體尺寸增加不多，流量也較均勻，因此，流量大而排出壓力不太高的泵，可選擇雙作用泵。如果排出壓力很高，為了保證活塞桿的剛度和強(qiáng)度要求，排擠系數(shù)（活塞桿截面積與活塞截面積之比）就隨之增大，雙作用的效果也隨之下降，故排出壓力過高的泵不宜選雙作用泵。雙作用泵液力端易損件將成倍的增加，就雙聯(lián)雙作用泵和三聯(lián)單作用泵相比，也多于后者，而流量不均勻讀卻大于后者。此外，雙作用泵的閥室布置也較困難，拆裝、維護(hù)也不方便

35、，因此，雙作用泵只限于雙聯(lián)泵，三聯(lián)以上的泵不宜采用。所以選用單作用泵。 5.2 液力端結(jié)構(gòu)型式選擇 在選擇液力端結(jié)構(gòu)型式時(shí)應(yīng)遵循下述基本原則： 1．過流性好，水力阻力損失小，為此，液流通道應(yīng)力求短而直，盡量避免拐彎和急劇的斷面變化； 2．液流通道應(yīng)利于氣體排出，不允許有死區(qū)，造成氣體滯留。通常，吸入閥應(yīng)置于液缸體下部，排出閥應(yīng)置于液缸體頂部； 3．吸入閥和排出閥一般應(yīng)垂直布置，以利于閥板正常起閉和密封，特殊情況下也可以傾斜和水平布置； 4．余隙容積應(yīng)盡可能的小，尤其是對(duì)高壓短行程泵或泵輸送含氣量大、易發(fā)揮性介質(zhì)時(shí)，更應(yīng)力求減小容器容積； 5．易損件壽命長(zhǎng)，更換方便； 6．制造工

36、藝好。 按泵的吸入閥、排出閥的布置型式，液流通道特性和結(jié)構(gòu)特征可分為：直通式、直角式、階梯式等不同型式，見圖5.1。 a） 直通式液力端；b）直角式液力端；c）階梯式液力端。 圖5.1臥式三聯(lián)（缸）單作用泵液力端分類示意圖 本次設(shè)計(jì)的臥式三聯(lián)單作用柱塞泵液力端選用直通式液力端。這種液力端的優(yōu)點(diǎn)是：過濾性能好，余隙容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小。直通式液力端選用四通體液力端，柱塞可從液缸前端蓋處拆、裝，比較方便。三通體直通式液力端則更換和檢修不太方便。

37、 圖5.2四通體直通式液力端 5.3 傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)型式選擇 本泵的傳動(dòng)端主要有機(jī)體、曲軸（主軸）連桿、曲柄、十字頭及潤(rùn)滑、冷卻等 輔助設(shè)備組成。在選擇和設(shè)計(jì)傳動(dòng)端時(shí)通常應(yīng)遵循以下基本原則： 1． 傳動(dòng)端所屬主要零、部件必須滿足該泵最大柱塞力下的強(qiáng)度和剛度要求。 2． 傳動(dòng)端內(nèi)各運(yùn)動(dòng)副，必須是潤(rùn)滑可靠，滿足比壓和pv允許值，潤(rùn)滑油溫升也應(yīng)限制在設(shè)計(jì)要求以內(nèi)。必要時(shí)應(yīng)有冷卻設(shè)施。 3． 在結(jié)構(gòu)和尺寸要求允許的范圍內(nèi)，應(yīng)力求減小連桿比，這樣不僅可減小十字頭的比壓，而且可減小慣性水頭的影響，從而可改善泵閥工作條件和泵的吸入性能。 4． 要合理選擇液缸中心線夾角曲

38、柄間錯(cuò)角。力求使機(jī)械的慣性力和慣性力矩得到平衡，減輕對(duì)基礎(chǔ)的撓力載荷。 5． 傳動(dòng)端應(yīng)考慮重心的穩(wěn)定性。傳動(dòng)端頂部應(yīng)設(shè)有運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的排氣，停車時(shí)封閉的排氣裝置，底部應(yīng)設(shè)有潤(rùn)滑油的油堵。 6． 拆、裝、檢修方便，大型泵的傳動(dòng)端還應(yīng)考慮到傳動(dòng)端各零、部件的起吊方式和措施。 7． 易損件及運(yùn)動(dòng)副應(yīng)工作可靠，壽命長(zhǎng)，更換方便。 8． 加工制造工藝性好。 該泵的傳動(dòng)端選用兩支點(diǎn)三拐曲柄連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)端。其曲軸為三拐軸且只有兩個(gè)支承，分別設(shè)在前、后主軸徑上。這種傳動(dòng)端的特點(diǎn)及結(jié)構(gòu)選擇注意事項(xiàng)為： 1．傳動(dòng)端的曲軸為整體鑄、鍛件，三拐的曲柄間錯(cuò)角為1200，慣性力和慣性力矩能得到較好的平衡，曲軸加工量

39、較少，支承少，拐間距小，泵的整體結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕。 2．兩支點(diǎn)三拐曲軸受力情況復(fù)雜，一般不能簡(jiǎn)化為平面力系或簡(jiǎn)支梁，曲軸在工作時(shí)的最大撓度和兩主軸頸處偏角均較大。為此，主軸承采用允許轉(zhuǎn)角較大的球面向心滾球軸承。為了保證曲軸滿足最大柱塞力的需要，并保證連桿大頭和主軸承能正常工作，曲軸就必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，故兩支點(diǎn)三拐曲軸都比較粗大。此外，為使前后主軸處偏角值大體接近，除了使曲柄間措角為1200外，還應(yīng)滿足兩個(gè)條件，即：當(dāng)?shù)谝磺D(zhuǎn)角ψ1=ψ時(shí)，相應(yīng)的第二、第三曲柄轉(zhuǎn)角應(yīng)為 3．連桿大頭必須采用剖分式，否則就無法裝配。為此，連桿大頭軸承多采用剖分式薄壁或厚壁軸瓦，大頭與連桿體間采用

40、連桿螺栓連接，技術(shù)要求高，加工量也較大。 4．由于曲軸為整體鑄、煅件再經(jīng)車削加工而成，故曲柄半徑不宜過大，柱塞行程不宜過長(zhǎng)。 5.4主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與確定 泵的基本性能參數(shù)是已知的。柱塞泵只有（曲軸轉(zhuǎn)速）、（柱塞行程長(zhǎng)度）、（柱塞直徑）三個(gè)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。要缺定流量，可能有的不同組合，組合的好壞對(duì)總體設(shè)計(jì)有重要影響，也與總體結(jié)構(gòu)型式密切相關(guān)。要確定的最佳方案主要是選擇合適的，然后再確定，進(jìn)而比較，由此逐步確定組合的最佳方案。 ⑴柱塞平均速度的選擇 的大小直接影響泵各運(yùn)動(dòng)副零、部件的摩擦和磨損，特別是對(duì)柱塞及其密封的影響尤為顯著。不宜選擇過大。過大，摩擦和磨損嚴(yán)重，特別是當(dāng)

41、柱塞及其密封一旦嚴(yán)重磨損，泄露就將增加，流量下降，排出壓力也不能達(dá)到額定值。um也不宜選的過小。要獲得一定的值，當(dāng)一經(jīng)確定，柱塞直徑即為確定值。如果過小，值就必然較大。這樣以來，不僅使液力端徑向尺寸增加，而且因柱塞力和成正比的，傳動(dòng)端受力也隨之聚增，從而會(huì)使泵的總體尺寸和重量增大。 綜合考慮泵的有效功率、泵型、總體結(jié)構(gòu)、以及摩擦副的材料和輸送介質(zhì)選取。的大小主要與折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率有關(guān)，即： 5-1 式中—— 柱塞平均速度，； ——統(tǒng)計(jì)系數(shù)； ——折合成單聯(lián)單作用泵的有效功率，。

42、 5-2 式中 ——泵的流量，，當(dāng)選取時(shí)可近似帶入理論流量； ——泵的排出壓力， ； ——泵的聯(lián)數(shù) ——系數(shù)，單作用泵 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》 表2—5 各類型泵的um， Kt選取范圍 得： 帶入5-1，5-2得： ⑵曲軸轉(zhuǎn)數(shù)和柱塞行程長(zhǎng)度的選擇 ① 選定后，柱塞直徑即為確定值，因。所以，必須再定一個(gè)或，才能最后確定的組合方案。因?yàn)樵谶x泵時(shí)，采用了兩支點(diǎn)三拐曲柄桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)端，S值即為已知，下面就是選擇的問題。值為一定值，當(dāng)提高時(shí)，可使行程容積減小。即可減小柱塞直徑，又可減小行程長(zhǎng)度S。減小直徑，不僅可以減小液力端

43、徑向尺寸，而且還減小了柱塞力，使傳動(dòng)端受力減小，從而使傳動(dòng)端尺寸也減小。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料知：設(shè)泵的總長(zhǎng)為，則與S之間大致有下述關(guān)系： 但是不可以過高，過高不利于各受力件的疲勞壽命，還會(huì)是介質(zhì)與柱塞脫流，就可能導(dǎo)致過流量現(xiàn)象的產(chǎn)生。如果泵的排出管沒有設(shè)止回閥，則當(dāng)柱塞到達(dá)排程死點(diǎn)再返回吸程時(shí)會(huì)造成水擊?？栈蜌馕g的可能性大。 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》 表2—6 常見泵型的值范圍及建議值 取 為了方便查找也可不按5-1計(jì)算而依Nez值從圖5.2或5.3中查取。 圖 5.2 液壓機(jī)用泵范圍分布圖

44、 圖5.3 各類泵范圍分布圖 ② 行程比的選取 如果值已經(jīng)選定，實(shí)際上的值已經(jīng)確定，為了進(jìn)一步比較的組合方案，還應(yīng)進(jìn)一步比較值，然后再予以適當(dāng)調(diào)整。值的一般取值范圍是，初步取。要在總體方案繪制出來以后，依總體尺寸是否適稱而定。 ③吸入和排出管內(nèi)徑和的選取 這兩值的選取主要取決于吸入、排出管內(nèi)介質(zhì)的流速和 和過大，水阻力損失過大，消耗的能量多，泵的吸入性能查，而且容易產(chǎn)生液缸內(nèi)的空化和氣蝕以及泵的過流量現(xiàn)象； 和過小，管路和液力端尺寸較大。通常要限制和值，尤其是值限制更重要。一般的取值范圍是： 和，為了制造方便，互換性好，取，即取。 5-

45、3 5-4 查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表8-2管子外徑（JB827-66、JB/Z95-67） 圓整取 式中——吸入管內(nèi)徑， ； ——排出管內(nèi)徑， ； ——泵的流量，； ——吸入管內(nèi)介質(zhì)的平均流速，； ——排出管內(nèi)介質(zhì)的平均流速，； 5.5 泵的主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 5.5.1選擇容積效率 選取的一般原則是：當(dāng)泵的排出壓力高、流量小、每分鐘往復(fù)次數(shù)高、液力端余隙容積大、制造精度低且當(dāng)輸送高溫、高粘度或低粘度、高飽和蒸汽壓的液體介質(zhì)或介質(zhì)中的含氣量大、含有固體顆粒時(shí)，應(yīng)取較低值；反之，可取

46、較高值。 考慮到泵運(yùn)轉(zhuǎn)后的磨損，一般在選取時(shí)都要略低些。的一般取值范圍是：輸送常溫清水，=0.60～0.80。取=0.8 5.5.2柱塞直徑的確定 經(jīng)過上述步驟，已初步確定， ， = 式中 ；單作用泵 解得 查《液壓傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6-2 活塞桿外徑系列參數(shù)（JB826-66） 圓整取 泵的主要結(jié)構(gòu)尺寸如下表： 聯(lián)（缸）數(shù) 作用數(shù) 容積效率 柱塞平均速度 柱塞直徑 吸入管內(nèi)徑 排出管內(nèi)徑 吸入流速v1 排 出

47、 流速v2 3 單作用 0.8 0.397～1.322 32 25 25 1.8 1.8 6 臥式柱塞泵液力端主要零部件設(shè)計(jì) 柱塞泵液力端由液缸體和缸蓋，吸入和排出閥及其閥箱、閥蓋、柱塞和填料箱以及進(jìn)出口法蘭等。本章的零部件設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)要求已知，泵的整體結(jié)構(gòu)型式和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)已初步確定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。主要的設(shè)計(jì)任務(wù)是：在上述基礎(chǔ)上，正確地選擇零部件的結(jié)構(gòu)型式，確定主要結(jié)構(gòu)尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的核算工作，選取合適的材料和熱處理方式，完成零部件的施工圖，并提出合理的技術(shù)要求。 6.1液缸體的設(shè)計(jì) 液缸體是柱塞泵中主要承受液壓的零件

48、之一。由于它的形狀復(fù)雜、壁厚不均勻、內(nèi)有十字型交孔、應(yīng)力集中大，而且與輸送介質(zhì)接觸，并承受內(nèi)壓交變載荷，因此，它設(shè)計(jì)的合理性，對(duì)其壽命影響很大。但低壓、低速、小流量泵，液缸體破裂問題并不突出。 6.1.1液缸體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選擇 1.液缸體的結(jié)構(gòu)型式主要是服從泵的總體結(jié)構(gòu)型式和液力端結(jié)構(gòu)選型。本次設(shè)計(jì)的是單作用液缸體，設(shè)計(jì)為整體式，即泵的多個(gè)工作腔都在同一塊體上。這種液缸體剛性好、工作腔間距小、機(jī)加工量少，但工件較大。它即適用單作用柱塞泵，也適用于單作用活塞泵。 圖6.1 單柱塞桿液壓缸結(jié)構(gòu) 1-缸底；2-帶放氣孔的單向閥；3，10-法蘭；4-格來圈密

49、封；5-導(dǎo)向環(huán)；6-緩沖套；7-剛筒；8-活塞桿；9、13、23-O形密封圈；11-緩沖節(jié)流閥；12-導(dǎo)向套；14-缸蓋；15-斯特圈密封；16-防塵圈；17-Y形密封圈；18-缸頭；19-護(hù)環(huán)；20-Yx密封圈；21-活塞；22-導(dǎo)向環(huán)；24-無桿端緩沖套；25-聯(lián)結(jié)螺釘 本次設(shè)計(jì)的整體式液缸體是吸入閥和排出閥組直通式布置的液缸體，如圖6.2。 圖6.2 整體式單作用柱塞泵液缸體 2.單作用液缸體是用鍛剛或鑄剛件毛坯，各流道孔經(jīng)機(jī)加工制成。 液缸體的選材： 耐大氣腐蝕性好，可用于承受沖擊載荷且它的韌性較好，可耐有機(jī)酸水液等。 6.1.2液缸體壁厚確定及強(qiáng)度校核 液

50、缸體是一種特殊的高壓容器，它是往復(fù)泵中最重要的承受液壓零件。 根據(jù)泵的實(shí)際使用情況，由于介質(zhì)是水，無腐蝕性，壓力速度都較低，所以液缸體應(yīng)該很少出現(xiàn)問題。沒必要采用繁瑣的計(jì)算。但考慮到液缸體比一般容器形狀復(fù)雜，受力狀況惡劣，許用應(yīng)力值應(yīng)取更低些。 ㈠.液缸體壁厚確定 1. 假定液缸體為一外圓半徑為r2，內(nèi)圓半徑為r1等厚圓筒且其壁厚δ相對(duì) 較薄時(shí)，則可由薄壁筒公式確定壁厚： 式中 δ——壁厚， ； ——焊接系數(shù)，無焊接； ——缸內(nèi)最大工作壓力， ——缸體內(nèi)徑，； ——考慮鑄造偏心及腐蝕所留的裕量，一般取。 取

51、 ——許用應(yīng)力，查手冊(cè)[4]得：[ó]=133.33 泵的公稱壓力為，安全閥的調(diào)定壓力為公稱壓力的1.15倍即20.7，系統(tǒng)調(diào)高壓力估取為 根據(jù)盤根填料高度，取 帶入上式得 圓整取 對(duì)灰鑄鐵，球墨鑄鐵等脆性材料，許用應(yīng)力可按抗拉強(qiáng)度選取，。一般取8～12。即對(duì)普通鑄鐵可取，對(duì)高強(qiáng)度鑄鐵，對(duì)求墨鑄鐵可取。 對(duì)剛制液缸體許用應(yīng)力若按抗拉強(qiáng)度取，安全系數(shù)應(yīng)大于4。按屈服強(qiáng)度取，取。即一般炭素剛許用應(yīng)力為。 上式只適用于溫度低于3500C（炭鋼）～4000C（合金鋼），超過該溫度時(shí)，則必須考慮持久強(qiáng)度的計(jì)算。 ㈡強(qiáng)度校核 故液壓缸的強(qiáng)度滿足要求。 6.2 泵閥設(shè)計(jì) 6

52、.2.1泵閥設(shè)計(jì)一般原則 泵閥通常由閥座1、閥板2、閥導(dǎo)向桿3、彈簧4、升程限制器5等零件所組成，見圖6.3 泵閥是往復(fù)泵工作過程的直接組成件，也是最重要的易損件之一。它的設(shè)計(jì)好壞直接影響泵的工作性能和使用壽命。泵閥設(shè)計(jì)的一般原則是： 1. 閥應(yīng)能及時(shí)啟、閉，關(guān)閉速度和關(guān)閉滯后角不應(yīng)大于允許值，以減小關(guān)閉損失和回流損失； 2. 密封可靠，減小或避免關(guān)閉后的漏損； 3. 盡可能減小水力阻力損失； 4. 根據(jù)不同的輸送介質(zhì)，選擇相應(yīng)的材料、閥板和閥座材料及2其硬度匹配適當(dāng)，并保證足夠的強(qiáng)度和剛度； 5. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、拆裝方便、工藝性好，盡可能有良好的互換性； 6. 工作平穩(wěn)、噪音小

53、，壽命長(zhǎng)。 6.2.2泵閥的種類及結(jié)構(gòu)型式的特點(diǎn)和選擇 ㈠盤形閥 根據(jù)閥板與閥座密封面型式，盤型閥可分為以平面接觸的平板閥和以錐面接觸的錐形閥。 平板閥：廣泛應(yīng)用于輸送常溫清水、低黏度油或類似于清水的介質(zhì)。結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、制造較容易。但密封性能不如錐形閥，多用于排壓較低的泵。 錐形閥：較平板閥在制造上略復(fù)雜，但流道較平滑，流量系數(shù)大、水力阻力小、過流能力強(qiáng)、密封性能好，不論介質(zhì)黏度較高和黏度較低都比較適宜，而且因閥板剛度較大，通常多用于高壓和超高壓泵上。如圖6.1 圖6.1 錐形閥 ㈡環(huán)形閥 環(huán)形閥比相同的平板閥閥隙面積大一倍或幾倍，故閥隙過流

54、面積大，適用于流量大的泵。但閥板直徑大而剛性差，在高壓和超高壓中很少采用。環(huán)形閥有單環(huán)閥、雙環(huán)閥、三環(huán)閥。 ㈢自重閥 自重閥大多采用球閥，也有采用錐形閥的，由于自重閥沒有彈簧，閥板慣性力影響較大，因此適用于每分鐘往復(fù)次數(shù)較低、流量不大的泵。 自重球閥有單層閥和雙重閥。 綜合以上幾種閥的特點(diǎn)，選擇錐形閥作為柱塞泵的吸、排液閥。 6.2.3泵閥的設(shè)計(jì)計(jì)算 ㈠吸液閥的設(shè)計(jì)計(jì)算與主要尺寸確定 1. 閥座孔徑 式中 ——閥座直徑， ； ——通過一個(gè)閥的理論平均流量， ； ——一個(gè)缸中，吸入閥和排出閥的數(shù)目 ； ——柱塞截面，；

55、 ——柱塞行程，； ——柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù)，spm； ——閥座孔最大瞬時(shí)流速，。取 2. 閥板與閥座密封接觸面寬度b 3. 閥板直徑 式中——錐形閥錐角之半，通常 4.閥板厚度 取 5.允許關(guān)閉速度 式中 ——允許關(guān)閉閥速度， ； ——阿道爾夫?qū)嶒?yàn)系數(shù)，；取 ——閥板與閥座密封接觸面面積，； （其中為密封面平均直徑） ∴ ——泵閥質(zhì)量，㎏； ∴ 6.最大升程 7.吸入閥的受壓面積 8.吸入管道對(duì)吸入閥的作用力

56、式中 ——水的重度 ——泵的吸水高度 ——大氣壓力 ∴= 9.為保證吸入閥的正常開啟，彈簧的預(yù)緊力 10.閥芯兩端的壓力差 式中 ——液體在閥絕隙中的最大流速 其中——閥的流量系數(shù)，取=0.73 ——閥絕隙的最大通液面積 ∴△p‘= 11.閥開啟慣性力 式中——閥芯的重量，為 ——閥芯的加速度， ——柱塞的加速度 ——曲軸的轉(zhuǎn)角，其中=00 ——柱塞的面積，為 ∴

57、 12. ∵ 13. 即 1.537=0.75+c×0.3 14.查表3.3取 ch=10 彈簧曲度系數(shù) 鋼絲直徑 式中 （彈簧材料按65Mn查） ∴ 15.彈簧有效工作圈數(shù) 圈 式中——彈簧材料的剪切模量，查表3-5取 ——彈簧絲的直徑， ——彈簧的中徑，mm，由 得 ∴ 彈簧總?cè)?shù) 彈簧的最終剛度系 工作載荷下的變形量 節(jié)距 取 自由高度 彈簧的外徑 最小載荷時(shí)的高度 最大載荷時(shí)的高度 16.密封面的

58、比壓較核 17.閥板彎曲強(qiáng)度較核 ——閥板與閥座密封面的平均直徑， ——泵的排出壓力與吸入壓力之差， ∵閥板的材料為不銹鋼， ∴閥的強(qiáng)度滿足要求。 ㈡排液閥的設(shè)計(jì)計(jì)算與主要尺寸確定 1.閥座孔徑 式中 ——閥座直徑，； ——通過一個(gè)閥的理論平均流量， ； ——一個(gè)缸中，吸入閥和排出閥的數(shù)目； ——柱塞截面，； ——柱塞行程，； ——柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù)，； ——閥座孔最大瞬時(shí)流速，。取

59、 2.閥板與閥座密封接觸面寬度 3.閥板直徑 式中 ——錐形閥錐角之半，通常 4.閥板厚度 取 5.允許關(guān)閉速度 式中 ——允許關(guān)閉閥速度，； ——阿道爾夫?qū)嶒?yàn)系數(shù)，；取=1.3 ——閥板與閥座密封接觸面面積，； （其中dz為密封面平均直徑） ∴ ——泵閥質(zhì)量，； 閥板加上導(dǎo)向尾的質(zhì)量估取為mf=2mf1=20.76g ∴ 6.最大升程 7.排出閥的受壓面積= 8.在泵沒有壓力輸出時(shí)，壓出閥的彈簧預(yù)緊力也能關(guān)閉閥，使通過吸入閥進(jìn)入液缸體的液體不會(huì)在柱塞吸入行程中推開壓出閥而排出。 9.彈簧的最

60、小預(yù)緊力 式中 ——水的重度， ——泵的吸水高度， ——大氣壓力， 10.閥芯兩端的壓力差 式中 ——液體在閥絕隙中的最大流速 其中——閥的流量系數(shù)，取=0.73 ————閥絕隙的最大通液面積 ∴ 11.閥開啟慣性力 式中——閥芯的重量，為 ——閥芯的加速度， ——柱塞的加速度 其中=00 ——柱塞的面積，為 ∴ 12.當(dāng)閥處于開啟狀態(tài)其受力滿足 ∵ 13. 即 3.

61、31=1.01+c×0.3 14.查表3.3取 彈簧曲度系數(shù) 鋼絲直徑 式中 （彈簧材料按65Mn查） ∴ 15.彈簧有效工作圈數(shù) 圈 式中——彈簧材料的剪切模量，查表3-5取 ——彈簧絲的直徑， ——彈簧的中徑，，由 得 ∴ 彈簧總?cè)?shù) n1=n+2=8 彈簧的最終剛度系 工作載荷下的變形量 節(jié)距取 自由高度 彈簧的外徑 彈簧的內(nèi)徑 最小載荷時(shí)的高度 16.密封面的比壓較核 17.閥板彎曲強(qiáng)度較核 ——閥板與閥

62、座密封面的平均直徑， ——泵的排出壓力與吸入壓力之差， ∵閥板的材料為不銹鋼， ∴閥的強(qiáng)度滿足要求。 6.3柱塞及其密封 6.3.1柱塞的結(jié)構(gòu)型式選擇 柱塞有實(shí)心柱塞和空心柱塞，見圖6.2。當(dāng)柱塞質(zhì)量輕時(shí)，用實(shí)心柱塞，重量大時(shí)用空心柱塞。根據(jù)前面總體設(shè)計(jì)計(jì)算的柱塞直徑為32，較小，故采用實(shí)心柱塞。 252 8 2 22 34 67 圖6.2

63、 6.3.2柱塞與十字頭連接及強(qiáng)度較核 1.連接形式為：平面連接 如圖6.3 查《往復(fù)泵設(shè)計(jì)》表3-22選柱塞材料為：38CrMoAlA氮化鋼 根據(jù)總裝圖確定柱塞各部分的尺寸如下： 圖6.3 平面連接 1-十字頭 2-螺母 3-整環(huán) 4-缺口或?qū)﹂_環(huán) 5-柱塞 柱塞的質(zhì)量Gh的初步估取 Gh≤ 放大取為1.6kg 2. 強(qiáng)度較核 ⑴擠壓應(yīng)力校核 上式中 ——最大柱塞力 ——柱塞的承壓面積， ，其中——柱塞的直徑， ∴==0.02687 其中 ⑵螺紋連接強(qiáng)度校核 ①旋緊螺母時(shí)的預(yù)緊力

64、 式中——預(yù)緊系數(shù)，=2～3，取=2 ——載荷系數(shù)， 式中、是柱塞和十字頭的柔度。 ②柱塞的柔度 式中——柱塞的各截面長(zhǎng)度， ——柱塞各截面面積， ∴ ③十字頭的柔度 式中——十字頭材料的彈性模量， （是滑履直徑，是安置柱塞的孔的尺寸） ∴ ——十字頭的總長(zhǎng)， 取 ∴ ∴=0.92 ④旋緊螺母時(shí)的預(yù)緊力， ⑤螺紋部分承受的軸向力 ⑥螺紋工作時(shí)產(chǎn)生的正應(yīng)力 式中是螺紋根徑截面 = 式中 ——螺紋根徑直徑，， ⑦螺紋旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的剪切應(yīng)力

65、 式中 （在0.11～0.13中取0.12） （是螺紋外徑，查表取4.2） ⑧螺紋靜強(qiáng)度安全系數(shù) ⑶柱塞最小截面壓應(yīng)力的校核 ① 式只 f——柱塞最小截面面積 ∴ 又 ——材料的屈服極限， ——安全系數(shù)，取 因?yàn)椋?，滿足強(qiáng)度要求。 6.3.3柱塞的密封 柱塞密封是往復(fù)泵中的重要易損件，它直接影響泵的使用性能，常用的柱塞密封有接觸型密封和間隙密封。接觸密封又分為自封式密封和填料密封。 自封式密封：靠輸送液體的壓力使密封圈低部張開與柱塞面和缸體內(nèi)表面緊密接觸而密封。常用的形式為多道“V”形夾布密封。但實(shí)際應(yīng)用中證明這種密封形

66、式不可靠，特別是當(dāng)輸送介質(zhì)為水時(shí)，有效密封時(shí)間不長(zhǎng)，需頻繁更換，給實(shí)際帶來不便。 填料密封：最新的研究成果為“盤根密封”。它具有一定的塑性和柔性，具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，同時(shí)具有一定的彈性，能保證對(duì)磨損的自動(dòng)補(bǔ)償。還具有一定的強(qiáng)度，保證結(jié)構(gòu)不會(huì)被擠壞。盤根具有自潤(rùn)滑能力。它是采用天然植物纖維浸泡無毒無污染的特制密封橡膠制成。因此對(duì)水的適應(yīng)能力強(qiáng)，密封可靠。 本柱塞泵選用盤根密封。盤根是天然植物纖維編織物并浸泡油脂而成。本身具有彈性及自潤(rùn)滑性。盤根的密封過程實(shí)質(zhì)是油脂的消耗過程。預(yù)壓緊中密封接觸面的接觸應(yīng)力對(duì)密封起主要作用，在工作過程中，泵體因摩擦熱而膨脹，柱塞磨損而變細(xì)，最主要的是盤根被柱塞表面磨削，液體沖蝕而消耗，這時(shí)要保證密封，需要調(diào)緊螺母補(bǔ)緊。這時(shí)盤根中所浸的潤(rùn)滑劑又被擠出，被消耗。當(dāng)潤(rùn)滑劑全部被消耗、擠出，盤根被壓實(shí)變扁，發(fā)硬時(shí)，密封失效，應(yīng)及時(shí)更換盤根。 1. 填料密封設(shè)計(jì)計(jì)算 ①填料的徑向高度 式中 ——柱塞直徑， 查《機(jī)械設(shè)計(jì)大典》圓整 ②填料的軸向長(zhǎng)度 ③填料環(huán)數(shù)，查表3-23 取環(huán) ④柱塞密封長(zhǎng)度 ⑤由于密封環(huán)數(shù)較多，為使其受力均勻，中間增設(shè)一個(gè)承壓