3189 磨料水射流的噴頭及前混合箱

3189 磨料水射流的噴頭及前混合箱,磨料,水射流,噴頭,混合 - 1 -西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目：磨料水射流噴頭裝置及前混合箱裝置設(shè)計(jì)系 別 機(jī)電信息系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班 級(jí) B070203 姓 名 劉朝 學(xué) 號(hào) B07020312 導(dǎo) 師 汪慶華 2010 年 11 月 26 日- 2 -開 題 報(bào) 告 填 寫 要 求1．開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成。2．開題報(bào)告內(nèi)容必須按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）填寫并打印（禁止打印在其它紙上后剪貼） ，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師審閱。3．開題報(bào)告字?jǐn)?shù)應(yīng)在 1500 字以上，參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于 15 篇（不包括辭典、手冊(cè)，其中外文文獻(xiàn)至少 3 篇） ，文中引用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)， “參考文獻(xiàn)” 應(yīng)按附件中《參考文獻(xiàn)“ 注釋格式”》的要求書寫。4． 年、月、日的日期一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫，例：“2008 年 11 月 26 日” 。31. 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）綜述1.1 課題背景該課題是精密加工研究所承擔(dān)省教育研究項(xiàng)目09JK499，基于人工智能的磨料水射流切割機(jī)的工藝參數(shù)優(yōu)化方法研究。1.2 課題研究意義人們認(rèn)識(shí)水射流應(yīng)該可以說是從水的沖刷作用開始的 。磨料水射流技術(shù)是磨料??1水射流為中心，集泵.閥.密封,液壓,材料,自動(dòng)化控制等多學(xué)科為一體。但隨這大型化智能化，專業(yè)化裝備的發(fā)展，高壓磨料水射流技術(shù)滲透到各個(gè)應(yīng)有領(lǐng)域，從一般機(jī)械零件，建筑物的清洗到以管道，管束，容器為主的工業(yè)清洗再到航天，軍事等領(lǐng)域的切割和清洗。然而磨料水射流畢竟是一門年輕的，綜合的科學(xué)，盡管每年國(guó)際，國(guó)內(nèi)都有學(xué)術(shù)，信息交流互動(dòng)，但系統(tǒng)的論述磨料水射流技術(shù)的專著并不多見，有很大的研究空間。目前水射流加工技術(shù)已經(jīng)成在各行各業(yè)得到原來與廣泛的應(yīng)用，尤其在機(jī)械制造業(yè)，因其加工是不改變材料的力學(xué)，物理，化學(xué)性能等特點(diǎn)而日益成為一種先進(jìn)的加工技術(shù)。磨料水射流的引入大大提高了液體射流的作用效果，使得射流在較低壓下進(jìn)行除銹，清砂及切割作業(yè)?；蛟谕葔毫ο?，極大地增加作業(yè)速度及效率。磨料水射流裝置中，其中噴頭是形成的射流工作的直接元件，他不僅把高壓泵組提供的靜壓轉(zhuǎn)化水的動(dòng)壓而且保證射流具有優(yōu)良的流動(dòng)特性與動(dòng)力性能。此外噴頭的結(jié)構(gòu)也是水射流技術(shù)應(yīng)用中獲得高能量利用率關(guān)鍵因素之一，因此優(yōu)化噴頭結(jié)構(gòu)建立噴嘴動(dòng)力性能與參數(shù)的關(guān)系，對(duì)提高射流質(zhì)量和能量利用率具有重要的價(jià)值。前混合箱主要是使溶液和固態(tài)的顆粒在其前混合箱中充分混合，該裝置主要是讓克里懸浮在混合箱中對(duì)于研究前混合箱就能讓溶液與顆粒充分混合對(duì)于磨料水射流的除銹，清洗，切割都具有良好的前瞻性。1.3 國(guó)內(nèi)外對(duì)研究的相關(guān)情況目前水射流技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于清洗，除銹，切割，但對(duì)于水射流噴頭的研究是一個(gè)熱點(diǎn)，水噴嘴多采用藍(lán)寶石，而壽命問題突出反映在磨料噴嘴上。目前我國(guó)的材料很難過關(guān)，壽命往往很低，加上小規(guī)模試制，更難保證噴嘴的形狀和尺寸，而在國(guó)外，尤其是美國(guó)他們開始研究的較早，各個(gè)條件相對(duì)比較發(fā)達(dá)，高性能的噴6頭材料，使其在生產(chǎn)中的帶更高的精密性，技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在軍事。航天 和一系列比較先進(jìn)的工作中，他們正在對(duì)水射流向智能化水平發(fā)展。2.1 課題研究?jī)?nèi)容1 分析高壓水射流的特征，建立高壓水射流的射流特征的理論框架，分析噴頭和前混合箱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。2 分析描述噴頭和前混合箱的在整個(gè)磨料水射流中的作用，探索噴頭的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其射流流態(tài)，壓力分布，射流速度等射流參數(shù)的影響。3 分析噴頭中噴嘴的磨損機(jī)理，分析高壓射流噴頭中噴嘴的磨損性適合磨損特點(diǎn)，提出相應(yīng)的減磨和抗磨措施。4 分析前混合箱中顆粒和溶液混合情況，提出相應(yīng)的措施使溶液和顆粒在混合箱中保持懸浮狀況，并提出改進(jìn)強(qiáng)混合箱的結(jié)構(gòu)狀況對(duì)磨料射流的影響。2.2 課題研究的方案和方法磨料水射流的關(guān)鍵是射流中磨料顆粒的存在，而磨料的引入方式很多，包括前混合式，引射式，外部混合式即磨料層 前混合式：指磨料先于液體在磨料罐中混??2合在加壓送至噴嘴。采用此種方式，也體育磨料混合的最均勻，磨料顆粒獲得能量也最高。引射式依據(jù)噴射器的抽吸混合原理，將磨料顆粒引入液體射流中，依靠高7速液體射流給磨料顆粒加速形成磨料射流。外部混合式則為獨(dú)自的磨料流與液體射流在到大工作表面之前交叉混合。磨料水射流分前混合式和后混合式的磨料射流：前混合式磨料水射流噴頭，由高壓進(jìn)水管、噴咀組成，其特征在于：在高壓管和噴咀之間連接一段內(nèi)表面逐漸擴(kuò)大和一段內(nèi)表面粗糙的管子。但是前混合式水射流易受泵的壓力和噴嘴壽命的限制以及磨料均勻供料的問題，由于噴頭結(jié)果的復(fù)雜性，目前對(duì)其研究并不太成熟，也不能根據(jù)加工需要按照某一規(guī)律來進(jìn)行噴嘴的精確設(shè)計(jì)。磨料水射噴頭的種類很多，可分為固態(tài)噴頭，強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)噴頭，二維自動(dòng)噴頭，三維旋轉(zhuǎn)噴頭，真空噴頭，水切割噴頭，但在整個(gè)噴頭中噴嘴極其重要它可以說是一個(gè)噴頭的核心。而按噴嘴的工作壓力可分低壓，高壓，和超高壓 。按高壓水射??3噴嘴的位置可分為中心噴式和圓周噴射式。一種磨料水射流噴頭，由高壓管，壓蓋、磨料進(jìn)料管、殼體、水噴嘴、連接法蘭、混合管、磨料噴嘴、定位板、壓緊螺帽，和密封圈等組成，其特征在于水噴嘴，的凸臺(tái)平面上有幾個(gè)噴嘴孔分布在兩個(gè)同心節(jié)圓上，噴嘴孔入口中心相對(duì)于水噴嘴，軸線左右偏離１～３毫米，噴嘴孔與過水噴嘴，軸線的鉛垂面有一夾角，水噴嘴，中心有一長(zhǎng)圓形通孔。磨料噴射流噴頭主要由高壓水射流噴嘴，混合腔，磨料噴嘴組成。磨料水射流噴頭主要是一種用于清洗金屬表面銹蝕層的磨料水射流噴頭 。其??4主要特征是水噴嘴上有幾個(gè)不匯聚且?guī)A斜角的噴嘴孔分布在兩個(gè)不同直徑的同心節(jié)圓上，且以水噴嘴的中心線對(duì)稱布置。高壓水進(jìn)入噴頭后，經(jīng)噴嘴上的小孔噴出的水射流呈扇形分布，磨料可進(jìn)入水射流中心與水進(jìn)行強(qiáng)混合。噴射出來的磨料水射流清洗寬度可達(dá)１５０毫米以上，清洗速度為３米／分以上，節(jié)省能量３５％左右。該磨料水射流噴頭耐磨，使用壽命長(zhǎng)，清洗效率高，節(jié)能，可自吸干、濕式磨料，能廣泛應(yīng)用于工業(yè)部門的清洗、除鱗、除銹。磨料水射流工作原理通過引射方式抽吸并輸送固態(tài)介質(zhì) 。??5根據(jù)水動(dòng)力學(xué)指出,高壓水從第一級(jí)噴嘴（水噴嘴）噴出，形成高速水流束，在混合腔形成一定的真空度，磨料通過氣力（干式供料方式）或水力（濕式供料方式）被輸送到混合腔，磨料很低的初速度與高速水射流相互接觸，由于高速水射流的擴(kuò)散作用與被吸磨料發(fā)生動(dòng)量交換，使磨粒加速 。之后通過二級(jí)噴嘴（即磨料噴嘴）??6噴出而形成磨料水射流?；旌锨坏闹饕猛臼窃诨旌狭黧w進(jìn)入磨料噴嘴之前均衡混合流體的速度場(chǎng)，混合腔的入口段采用錐形,可大大提高速度系數(shù) 。因此大多數(shù)采用的是錐形入口段和??7柱形入口段的結(jié)構(gòu)。混合腔的尺寸對(duì)磨料與水射流混合效果有直接影響。混合腔直徑過小造成混合腔入口流道過流面積小，造成較大阻力損失?；旌锨恢睆皆谶^大，工作射流的能量得不到充分傳遞。因此混合腔直徑的大小是相對(duì)于噴嘴直徑而言的，8我們要考察面積比（即噴嘴面積與混合腔面積之比）和喉管距對(duì)射流性能的影響 。??8磨料水射流的被引射流和混合射流的出口速度的大小直接關(guān)系到加工效果和加工效率，引射流量和出口速度越大，其加工效率就越高，反之，則越低。 前混合箱調(diào)節(jié)磨料均勻通暢并確保磨料流量，在前混合箱罐底有一套由擋罩和迷宮環(huán)組成的裝置來實(shí)現(xiàn)均勻供料，磨料罐內(nèi)設(shè)有螺旋疏料桿，以使磨料均勻下沉，防止堵塞，同時(shí)旁通路試罐內(nèi)磨料充分流態(tài)化。是將液體與顆粒在混合箱中充分混合使其懸浮在溶液中。3 本課題研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)磨料水射流中噴頭是其最重要的組成成分，而噴嘴在噴頭中有是最要的成分，對(duì)噴嘴的工藝主要是機(jī)械加工和特種加工兩類 。對(duì)于研究噴頭的形狀及其尺寸的??9研究和噴頭的工作原理對(duì)于提高磨料水射流的技術(shù)起著很關(guān)鍵的作用。使其有更好的精密度和高性能的加工度。噴頭難點(diǎn)在噴頭中噴嘴的磨損，噴頭中噴嘴磨損主要是由于雜質(zhì)粒子對(duì)噴走中噴嘴壁面的碰撞，在性質(zhì)上屬于沖蝕磨損，通常狀況下，硬度較高的材料，對(duì)顆粒切入及微切削的能力較強(qiáng)，而噴頭中沖蝕磨損主要表現(xiàn)為應(yīng)力疲勞斷裂和脆性斷裂：硬度低而韌性高的材料，抗脆性斷裂的能量加強(qiáng)，抗微切削作用的能量叫弱，而噴頭中噴嘴主要是微切削 。它和噴頭的材料和形狀有關(guān)，??10而且還和磨料的顆粒，形狀，硬度，滑動(dòng)速度都有影響。所以磨料噴頭噴嘴的磨損過程十分復(fù)雜。而前混合箱中主要是箱體的抗腐蝕性和在磨料箱中設(shè)有螺旋疏料桿在和顆粒進(jìn)行碰撞時(shí)易受腐蝕，所以選用的材料具有高的抗腐蝕性能，而材料和加工手法有更高的要求，目前我國(guó)的對(duì)于材料和加工技術(shù)存在一定得困難 。??18本頁(yè)單獨(dú)成頁(yè)注：1. 正文：宋體小四號(hào)字，行距 22 磅。2. 開題報(bào)告由各系集中歸檔保存。4 完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃（按周次填寫）第 1-3 周：課題調(diào)研、準(zhǔn)備開題 搜集資料；第 4-6 周：完成數(shù)據(jù)庫(kù)的整理、建立和修改；第 7 周：完成英文翻譯；第 8 周：完成中期工作，提交中期報(bào)告；第 9-11 周：完成磨料水射流工藝設(shè)計(jì)需的關(guān)鍵噴頭和強(qiáng)混合裝置設(shè)計(jì)；第 12-14 周：完善磨料水射流噴頭及前混合箱的設(shè)計(jì)和必要的圖紙，撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文，準(zhǔn)備答辯；第 15 周，進(jìn)行畢業(yè)答辯。5 指導(dǎo)教師意見（對(duì)課題的深度、廣度及工作量的意見）指導(dǎo)教師： 年 月 日 6 所在系審查意見：系主管領(lǐng)導(dǎo)： 年 月 日8參考文獻(xiàn)[1]Summer D A. 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