自动配比乳化液泵站设计【含11张CAD图纸和说明书】

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  中国矿业大学毕业设计任务书学院专业年级学生姓名任 务 下 达 日 期 ：年月日毕业设计日期：年月日至年月日毕业设计题目：自动配比的乳化液泵站设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：设计一台能实现自动配比功能的，适用于煤矿采煤面的乳化液泵站，压力为： 31.5Mpa，流量为：200L/min(1) 绘制相关毕业设计图纸 3 张左右( 零号 )；(2) 按学校统一要求编写设计说明书，说明书正文 70 页左右；(3) 中英文摘要 400 字左右；(4) 参考文献 20 篇左右（其中外文文献 2 篇）。院长签字：指导教师签字： 毕业设计说明书毕业生姓名：专业：学号：指导教师：所属系（部）：毕业设计评阅书题目：自动配比乳化液泵站设计 设计时间： 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：201 年月日毕业设计答辩记录卡 机械电子工程 系 答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长：（签名） 201 年月日中国矿业大学毕业设计任务书学院专业年级学生姓名任 务 下 达 日 期 ：年月日毕业设计日期：年月日至年月日毕业设计题目：自动配比的乳化液泵站设计毕业设计专题题目：毕业设计主要内容和要求：设计一台能实现自动配比功能的，适用于煤矿采煤面的乳化液泵站，压力为： 31.5Mpa，流量为：200L/min(1) 绘制相关毕业设计图纸 3 张左右( 零号 )；(2) 按学校统一要求编写设计说明书，说明书正文 70 页左右；(3) 中英文摘要 400 字左右；(4) 参考文献 20 篇左右（其中外文文献 2 篇）。院长签字：指导教师签字：摘要乳化液泵站是用来向综采工作面液压支架或高档普采工作面单体液压支柱等输送高压乳化液的设备，是机械化采媒工作面的主要装备之一。它是一种把机械能转变为液压能的能量转换装置。所以说，乳化液泵站是液压支架的动力源，它的好坏直接影响着液压支架的工作性能和使用效果。在实际工程中常用的液压泵有齿轮泵、叶片泵、螺杆泵和柱塞泵。其中柱塞泵是能够获得高压力、大流量的泵型之一。论述了乳化液浓度自动配比的意义,针对目前的配比方法,根据理论分析和试验研究的基础上,提出了一种能满足液压支架等设备使用上的要求的新型乳化液自动配比装置。随着煤矿对乳化液浓度的要求提高，以及提高生产率的要求，以前的人工配液的方式已经不能够满足实际生产的需求了，本装置就是为此而设计的。总之，这套装置能很好的完成配比和及时补充乳化液的要求，对乳化液泵站及整个液压系统的正常工作起到了很好的保障作用。关键词： 乳化液泵站； 配比浓度； 自动配比ABSTRACTIt was mechanization pluck intermediary working face mostly fitted among outthat emulsion pump station.The equip ment of the emulsion pump station be intendedto put together pluck working face hydraulic support or top grade universal pluckworking face monomer hydraulic prop wait transportation High Voltage solution. itwas a sor t of do with mechanical energy translate hydraulic energy energy conversiondevice.So said，emulsion pump station is hydraulic support power supply，a word, the completion maching and supplementing the demand for theemulsion in time that this set of devices can be very good, play a very good guaranteearrivesing role to the normal work of the pump station of the emulsion and the wholehydranlic pressure system.Keywords ： emulsion pump station; compounding concentration; automaticformulating.目录1 概论11.1课题背景11.2乳化液泵站的基本组成及作用21.3乳化液泵的工作原理41.4自动配比61.4.1配比浓度61.4.2自动配比工作原理61.5乳化液泵站的发展的新趋势82 总体结构的方案论证102.1立式泵体与卧式泵体的论证比选102.2活塞泵与柱塞泵论证比选102.3联数、缸数的确定112.4液缸体结构型式的论证比选112.5传动端结构型式选择133 主要参数设计133.1泵体参数计算143.2原动机的选择153.3运动与动力参数计算164 减速装置的计算174.1齿轮的设计174.1.1选择齿轮材料，确定许用应力174.1.2按照齿面接触疲劳强度计算194.1.3齿根弯曲疲劳强度校核计算234.1.4齿轮的基本几何参数244.2齿轮轴的结构设计及强度计算254.2.1计算作用在齿轮上的力：254.2.2初步估算轴的直径：264.2.3齿轮轴的结构设计264.2.4齿轮轴的强度校核274.2.5齿轮轴轴承寿命计算315 液力端主要零部件的设计335.1液缸体的设计计算335.2 泵阀的设计345.3柱塞的结构尺寸376 动力计算396.1曲柄连杆机构的受力分析396.2往复泵基础的振动形式406.3三联单作用曲柄连杆往复泵的挠力载荷417 传动端主要零、部件设计417.1机体的结构设计417.2曲轴的结构设计447.2.1主要尺寸的初步确定467.2.2曲轴的静强度校核487.3主轴承寿命计算627.4连杆的结构设计637.4.1确定连杆的主要尺寸647.4.2 连杆大头轴瓦的计算697.4.3连杆的强度及稳定性校核727.5十字头的结构设计797.5.1确定十字头主要尺寸：807.5.2十字头强度校核818 油箱的构造及附属装置838.1油箱838.1.1油箱的选择838.1.2油箱容积的确定848.1.3油箱的结构设计848.2附属装置858.2.1附属装置组成858.2.2附属装置型号869 自动配比装置设计869.1喷射泵的尺寸计算879.2自动进液置设计8810 乳化液泵的润滑8910.1乳化液泵的润滑部位和润滑方式8910.1.1减速机构各润滑部位及润滑方式90结论91参考文献：92致 谢93 中国矿业大学2008届本科生毕业设计 第93页1 概论1.1课题背景乳化液作为液压传动的一种工作介质，由于它的粘度小、防腐、防锈、润滑、难燃、价廉等特点在煤矿井下得到了广泛的推广和应用。随着煤炭行业快速地发展，综采工作面高产高效的要求，乳化液的需求量也随之增加。带动乳化液配比方法也由人工配比逐渐向自动化配比方向发展。但期间也出现了一些问题，比如乳化液浓度满足不了生产的要求、制造成本太高等。乳化液泵站是用来向综采工作面液压支架或高档普采工作面单体液压支柱等输送高压乳化液的设备，是机械化采媒工作面的主要装备之一，它是一种把机械能转变为液压能的能量转换装置。综采工作面的液压支架之所以能够支撑顶板，并能实现推移刮板输送机、移架、调架、护壁、侧护、防倒、防滑等动作，都是乳化液泵站供给的压力液使各种千斤顶动作的结果。所以说，乳化液泵站是液压支架的动力源，它的好坏直接影响着液压支架的工作性能和使用效果。除液压支架、单体液压支柱是靠乳化液泵站供给的压力液工作外，在某些综采工作面，可弯曲刮板输送机的紧链液压马达、采煤机牵引链的张紧千斤顶、桥式转载机的固定与推移千斤顶，以及工作面上下出口处超前支护用的单体液压支柱等，都是靠乳化液泵站供给的高压液工作的。目前我国矿用乳化液泵站，都是面向综采工作面的大型泵站，超高压、大流量是其发展的主要方向，而且绝大多数的乳化液泵站都不带配液装置。在一些临时作业场所需要动力时，这种大型乳化液泵站用起来极不方便，急需多种多样的轻型动力源装置。1.2乳化液泵站的基本组成及作用乳化液泵站是由乳化液浓度自动配比装置、乳化液泵组、乳化液箱及附属装置组成。乳化液泵站在实际使用时，往往是同时安装两台乳化液泵和一个乳化液箱，所以通常称“两泵一箱”。同时安装两台乳化液泵的好处是，在一般的情况下，一台泵运转，另一台泵作为备用或进行轮换检修，当工作面液压支架等液压设备需要增加供液量时，也可让两台乳化液泵并联工作，从而满足生产的需要。16图1-1 乳化液泵站1、6乳化液泵组；2、7吸液软管；3、8回液软管；4连接杆；5、9高压软管；10乳化液箱乳化液泵组1由两台乳化液泵、防爆电动机、联轴器和底架等组成，通过连杆4与乳化液箱10连接为一体，由吸液软管2、7分别从乳化液箱吸液，经泵加压后由高压软管5、9供给压力控制装置6，然后经压力控制装置以一定的压力供给液压支架。两台乳化液泵通常是一台工作，一台备用，交替使用但当工作面液压支架动作较多，需要增大供液量时也可同时开动两台乳化液泵。乳化液箱10是用来贮存、回收和过滤乳化液的装置。若在井下配制乳化液时，乳化液箱上还需附带自动配液阀。压力控制装置6由手动卸载阀、自动卸载阀、压力开关以及压力表等组成，安装在乳化液箱的端面，用来控制供给支架乳化液的压力，并可实现对液压系统的保护。乳化液泵站用主进液管和主回液管沟通与支架的供液线路，形成泵缸液压回路。两台乳化液泵分别经吸液断路器从乳化液箱工作腔吸液，加压后送到压力控制装置。泵站启动过程中，手动卸载阀打开，泵与液箱工作室短路循环；正常工作时，关闭卸载阀。当工作面支架用液时，自动卸载阀经交替阀将压力液送到支架。支架回液到乳化液沉淀室，经沉淀、去泡沫、磁性过滤、网状过滤后到工作室，形成一个完整的循环回路。当工作面支架不用液时，自动卸载阀开启，泵与液箱形成短路循环。供乳化油供清水从工作面回液去工作面图12 液压系统乳化液泵站在综采工作面有两种布置方式：一种是工作面上、下平巷各设置一组泵站，从工作面两端同时向工作面液压支架等液压装置供液另一种是将泵站全部设置在工作面运输巷的设备列车上，向工作面液压支架及其它用乳化液的液压装置供液。目前我国的综采工作面，以采用后一种布置方式较多。1.3乳化液泵的工作原理乳化液泵一般都采用往复式柱塞泵，它是通过工作容积的变化而实现吸液和排液的，是一种容积式液压泵。往复式单柱塞泵的工作原理图如图13所示。图13 往复式单柱塞泵的工作原理图1、 曲轴 2、连杆 3、滑块 4、柱塞5、排液阀6吸液阀7、泵缸 8、滑槽当电动机带动曲轴1沿图中箭头所指的方向旋转时，曲轴就带动连杆2运动，连杆运动时，连接在连杆右端的滑块3沿滑槽8作往复运动。进液阀6、排液阀5和柱塞4都拥有非常良好的密封性能。当柱塞向左运动时，活塞右侧缸体7中密封的工作容积增大，形成负压，这时乳化液箱内的乳化液在大气压力的作用下，顶开进液阀6进入缸体7中，并把柱塞让出的空间充满，这样的一个过程叫吸液，当曲轴与连杆的铰接点转过曲轴的水平线后，曲轴又通过连杆、滑块推动柱塞向右运动，柱塞向右挤压进入缸体中的液体，使进液阀关闭，当缸体内的液体压力达到一定数值时，液体顶开排液5，从排液口进入向工作面供液的主液管，这样的一个过程叫排液。曲轴每旋转一周，柱塞就往复运动一次，完成一个吸液、排液工作循环。曲轴连续运转。柱塞就连续往复运动，吸、排液过程就不断地交替出现。由此可知，单柱塞泵在吸液时不排液，在图中以A点为旋转起始点，曲轴与连杆的铰接点逆时针从A点转到B点，旋转180度吸液；从B点再逆时针转回到A点，又旋转180度排液。曲轴转角在270度时泵的排量最大。所以柱塞泵是很不均匀的，它排出的液体在排液管中是一种周期间断性的脉冲压力液体。为客服单柱塞泵脉冲压力给液压管路、液动装置和控制元件带来的有害作用，一般将乳化液泵造成三柱塞式的，曲轴的三个曲拐隔120度，曲轴旋转时，保持始终有吸液和排液的柱塞，从而减轻了乳化液泵排液压力的脉动。三柱塞泵在传动轴是一个三曲拐轴，并相互错开120度，工作原理如图14所示。当曲轴回转时，三个柱塞将交替吸液和排液。当柱塞1吸液时，柱塞2排液。在每一个瞬时内，至少有一个柱塞，最多有两个柱塞在排液，同时有两个或一个柱塞吸液。电动机带动曲轴有停地转动，柱塞泵也就源源不断地将油液压入排液管。233211吸排吸吸排图14 卧式三柱塞工作原理图即使这样，三柱塞泵的排量仍是不均匀的，但比单柱塞泵却好得多，基本能满足生产技术上的需求。目前，向工作面液压支架提供压力液的泵大多采用卧式三柱塞乳化液泵，有的采用五柱塞乳化液泵。1.4自动配比1.4.1配比浓度 目前现场采用的配比方式多是采用通过乳化液泵箱的观察口，往泵箱内人啊倾倒乳化油。这种方法不仅原始、操作频繁，使工人劳动强度大，而且由于乳化油在水中的扩散过程较长，使配制后的乳化液浓度有畸高畸低的现象，严重超越了规程规定的指标要求。有些煤矿用配液阀手控配液，显然有其不足。随着科研人员的努力，现在出现了由传感器来检测浓度变化或液位变化的差值，并经微电子电路处理为控制信号，再经过控制电路控制辅助泵加注乳化油或水的新型完全自动化技术。就该原理本身，技术较为先进，但是由于传感器工作环境要求较为苛刻，加上该技术系统又需要配备防爆电器设备，在煤矿井下的使用受到现场恶劣条件的影响而使系统性能的发挥得不到保证，设备维护也较为复杂，同时也增加了系统配制的成本。目前，对乳化液的配制方式，已经从手控配液发展到自动配液。因此，如何使自动配液系统操作更方便，成为目前主要课题。1.4.2自动配比工作原理目前，煤矿井下采煤工作面多采用单体支护，而为单体提供的工作介质便是乳化液溶液，其溶液配比浓度要求为35，否则就会降低单体的润滑性、防锈性和常规使用的寿命，也给安全带来一定的隐患，所以说乳化液浓度配比很重要。过去常用的方法是把乳化液溶液箱内注入适量的清水后，由操作工人根据乳化液溶液浓度测量仪的测定或凭借经验来加入乳化液使其成为达到一定的要求的乳化液溶液，但是，当乳化液溶液用量增加时，再注入清水，其溶液的浓度也随之发生明显的变化，不再符合规定标准要求，这时操作工人只有再次加入乳化液，既费时费力，又不能保证乳化液溶液的浓度要求和配制溶液的及时性。下面介绍一种乳化液溶液浓度自动配比装置，其各部件的连接方式如图15。图15 工作原理图1、 射水泵 2、来水管 3、水门 4、单向阀 5、乳化液箱 6、乳化液 7、安全阀 8、支撑架 9、杠杆 10、密封箱 11、重物 12、乳化液溶液 13、乳化液溶液箱乳化液箱5内的乳化液6经过单向阀4，水门3到射水泵1做好准备，同时来水管2内的高压清水流经射水泵1到达安全阀7做好准备，此时即使安全阀7关闭，清水压力远远大于乳化液自身压力，水门3打开，但是由于单向阀4的作用，高压清水也不会倒流入乳化液箱内，当乳化液溶液箱13内液面下降，由厚度约1mm的不锈钢制成的密封箱10受到乳化液溶液12的浮力减小，又由于镀锌重物11的拉力，使杠杆9的B端下降，根据杠杆原理，杠杆9的A端向上运动压缩安全阀7内的弹簧，安全阀7打开，此时流经射水泵1的高压清水带动由于自身重量打开单向阀而流入射水泵的乳化液6，一起流经安全阀7进入乳化液溶液箱13，形成乳化液溶液12，这时根据乳化液溶液箱内浓度测量仪的测定，通过调整水门3便可以调节流入射水泵1的乳化液6的流量，当乳化液溶液浓度达到要求时，停止水门3的调节。当乳化液溶液12的用量减小时，流入乳化液箱13内的溶液逐渐增多，液面上升，密封箱10受到乳化液溶液12的浮力增大，杠杆9的B端向上运动，A端向下运动，于是安全阀7内的弹簧释放，安全阀7关闭，来水管2内的高压清水停止流动，单向阀4受到清水的压力也关闭，乳化液不再向下流，乳化液溶液箱停止供液。当乳化液溶液用量再次增多时，重复前一个过程。这样就实现了对乳化液溶液箱13能够随时的、自动的提供达到规定要求的乳化液溶液的目的。该乳化液配置方法主要是利用喷射配比泵（见图16）来完成。当从防尘水管引来的高压水由喷嘴高速射出时，它连续不断地带走吸油室内的空气，使吸油室内形成真空，产生负压。在大气压力下，油箱内的乳化油不断吸入泵体与高压水混合，调节乳化油闸阀开口的大小，可按比例控制乳化油的进油量，从而实现乳化油和水的配比，形成乳化液。图16喷射泵的构造1泵体；2吸油嘴；3喷嘴；4混合管1.5乳化液泵站的发展趋势液压支架动力源乳化液泵站，直接影响液压支架的工作效果。它随着液压支架的发展而发展。由以往的乳化液泵站可看出，压力流量在逐渐增大，尤其流量增加的幅度大。压力流量值大小是由液压支架的有关参数决定的，TZ1型液压支架的有关参数决定了配套的RB100/100型乳化液泵站压力为10MPa、流量为100L/min。从八十年代初到八十年代末，由于综采工作面的发展和增加，液压支架（包括从国外引进的液压支架）的参数加大和移架速度的加快，使配套的乳化液泵站的压力增到31.5MPa，流量从110L/min增到125L/min，1989年增到160L/min，1992年鉴定的乳化液泵站，流量已到200L/min。到目前为止，已经设计出了流量为320L/min和400L/min的乳化液泵站。随着科学技术的发展、设计水平和生产加工工艺水平的提高以及综采技术和管理水平的上升，也推动乳化液泵站朝着自动化方向发展。由于我国地质条件复杂，决定了液压支架结构不同，种类多、工作特性不同。因此乳化液泵的结构，也不应当单一的发展曲轴连杆滑块传动的三柱塞或五柱塞卧式结构形式，应研制和发展适合各种类型液压支架工作特点的径向或其它结构型式的，重量轻、体积小的定量或变量乳化液泵，使结构设计有更大的突破，进一步适应液压支架发展的需要。随着乳化液泵结构设计水平不断提高，工艺的不断改进，电控液压支架的引进消化和成功的研制，必将推动自控乳化液泵站的研制。2 总体结构的方案论证2.1立式泵体与卧式泵体的论证比选立式泵的特点是：1 高度方向尺寸较大，厂房高，但长、宽方向尺寸小、占地面积少；2 运转时，活塞密封不承受活塞自重，不易产生偏磨；3 机械惯性力水平分力小，垂直分力大，而泵基础有较强的承受垂直分力的能力，故对基础要求不高；4 泵的外形以及动力端结构较简单，利于减小总体尺寸和重量；5 一般讲，立式泵的吸排阀、吸排管布置上较困难，拆装、维护也不太方便，特别是当液力端置于传动端下侧时更明显。但当把液力端置于传动端上侧时，则有所改善。卧式泵的特点是：1 便于操作者观察泵的运转情况，拆、装，使用、维修均较方便；2 机组在高度方向尺寸小时，不需要很高的厂房；但在长、宽方向尺寸较大时，占地面积则较大；3 因为活塞（柱塞）做水平往复运动，密封件在工作时须承受活塞（柱塞）自重，容易产生偏磨，尤其当活塞（柱塞）较重、悬臂很长时，这种现象将更为明显；4 卧式泵的机械惯性力水平分力较大，而泵的基础承受水平分力的能力又较差，故卧式泵对基础的强度和刚度要求较高。虽然卧式泵缺点较多，但因优点突出，综合考虑煤矿井下工作面的特殊情况，本设计采用卧式泵。2.2活塞泵与柱塞泵论证比选 在液力端往复运动副上，运动件上有密封元件的叫活塞，无密封元件的叫柱塞。相应的泵分别称为活塞泵和柱塞泵。活塞泵的特点：1 活塞尺寸不宜过小。如果过小，密封件难以布置，制造也困难；2 活塞泵适合于制成双作用泵且多半是双联（缸）双作用泵；3 活塞泵可通过更换活塞和缸套来达到有级调节流量的目的；4 受结构限制，活塞泵一般只适用于低、中压泵，但流量可较大。柱塞泵的特点：1 柱塞直径可制得很小，但不宜过大；2 由于结构上的原因，柱塞泵大多制成单作用泵，几乎不制成双作用泵；3 因柱塞密封（填料箱）在结构上易于变形，在材料选择上也比较灵活，故柱塞泵适用的排出压力范围较广泛，且宜制成高压泵。 由于上述原因，选择柱塞泵。2.3联数、缸数的确定每一根活塞（柱塞）以及和该活塞（柱塞）连接在一起的活塞杆、十字头、连杆等组成的组合体，称为一联。一般讲，该泵有几根活塞（柱塞）就可称为几联泵。例如：只有一根活塞（柱塞）的泵，就称为单联泵；有两根的称双联泵；有Z根的称Z联泵。只有当Z联泵的活塞（柱塞）间相位差相同，各活塞（柱塞）的直径也相同，并且各联的排出口连接起来经同一排出集合管排出时，才可同时称做为Z缸泵，否则，只称Z联泵。考虑到小的流量脉动率对选用较小的蓄能器来满足液压系统的平稳工作十分有利并结合本设计题目要求的流量、压力大小，本设计确定为三缸泵。2.4液缸体结构型式的论证比选液缸体的结构型式按照泵的作用数分为单作用液缸体和双作用泵液缸体；按照各工作腔是否在同一块体上可分为整体式和组合式（分离式）。整体型液缸体是指泵的多个工作腔都在同一块体上的液缸体。这种液缸体刚性好、工作腔间距小、机加工量少，但工件较大，加工精度要求高，且高压缸套的径向密封易产生过定位。组合式液缸体是指把只包括一个或一部分工作腔的块体分别制造，然后用一个高压集液块将排液口贯通后汇总出液。大部分是一个工作腔制成一件，甚至还有把柱塞工作腔和阀室也加以分开的。这种液缸多用于高压、超高压或输送强腐蚀性介质的泵上，并且多半是锻钢和铸造件。其目的是：一旦一个工作腔块体破裂，只需单个更换，而不至损坏一个整体。也正因为如此，这种液缸体加工面增多，连接处的密封件也增多。综合考虑结构特点和受力情况，本设计采用组合式液缸体。按卧式三缸单作用柱塞泵的吸入阀、排出阀的布置型式，液流通道特性和结构特征可分为：直通式、直角式、阶梯式等不同型式，见图2-1。当液力端的每一个缸里的吸、排阀中心轴线均为同一轴线时，称为直通式液力端，见图2-1a；当吸、排阀轴线互相垂直时，称为直角式液力端，见图2-1b；若吸、排阀轴线互相平行但不是同一轴线时，称为阶梯式液力端，见图2-1c.abc21卧式三联单作用柱塞泵液力端分类示意图直通式液力端特点是：过流性能好，余隙容积较小，结构紧凑，尺寸小。但通常是吸入阀拆装不方便。直角式液力端特点是：吸排阀可分别拆装和更换，所以，使用和维护较方便；余隙容在直通式、直角式和阶梯式三种液力端中是最小的，有利于提高泵的容积效率；结构紧凑，尺寸小，柱塞可从吸入阀处拆、装；因为必须有一个阀处于水平布置，阀板运动导向必须好，否则会使阀板运动受阻或关闭不良。阶梯式液力端特点是：吸排阀可单独拆、装和更换，不必拆开管路，因此，当要求经常而迅速更换泵阀时，多采用阶梯式液力端。但这种液力端余隙容积较大，排出压力高或介质含气量多时，容积效率较低。比较上述特点，采用直通式液力端。2.5传动端结构型式选择按基本结构型式，在目前可分为两种类型：两支点三拐曲柄连杆机构和四支点三拐曲柄连杆机构。前者主要用于中、小型用泵，后者则多用于大型用泵。两支点三拐曲柄连杆机构传动端特点和结构选择注意事项是：1 该传动端的曲轴通常为整体铸、锻件，三拐的曲柄间错角为120度，惯性力和惯性力矩能得到较好的平衡，曲轴加工量较少，支承少，拐间距（或泵的液缸间距）小，泵的总体结构紧凑、尺寸小、重量轻，故成为中、小型泵最常采用的一种型式。2 两支点三拐曲轴受力情况复杂，一般不能简化为平面力系或简支梁，曲轴在工作时的最大挠度和两主轴颈处偏转角均较大。3 连杆大头必须采用剖分式，否则就无法装配。为此，连杆大头轴承多采用剖分式薄壁或厚壁轴瓦，大头与连杆体间采用连杆螺栓连接，技术要求高，加工量也较大。4 由于曲轴为整体铸、锻件（毛坯）再经车削加工而成，故曲柄半径不宜过大，亦即这种传动端组成的三联泵，活塞（柱塞）行程不宜过长。四支点三拐曲柄连杆机构传动端特点和结构选择注意事项是：1 由于支点增多，曲轴受力情况有了改善，最大挠度和主轴颈处的偏转角都相应减小。这样就不仅改善了连杆大头轴瓦的工作条件，而且两端主轴承也可采用允许偏转角较小而承载能力较大的双列向心短圆柱滚子轴承，从而可使同样的曲轴承受较大的活塞力。但是，由于支点增多，使传动端尺寸加大，加工量增加，装配也增加，故中、小型泵采用较少。2 剖分式连杆大头采用连杆螺钉连接，螺钉经大头螺钉孔直接旋入连杆体，连杆体大头处不必开通螺栓孔，减小了应力集中，提高了连杆体的疲劳强度。但这种结构，如果发生连杆断裂已断的螺钉不便拆除。综上所述，选用两支点三拐曲柄连杆机构传动。3 主要参数设计设计参数：乳化液泵的额定流量；压力 。3.1泵体参数计算根据容积效率v选取的一般原则，当泵的排出压力P2高、流量Q小、每分钟往复次数高、液力端余隙容积大、制造精度低且当输送高温、高粘度或低粘度、高饱和蒸汽压的液体介质或介质中含气量大、含有固体颗粒时，v应选取较低值；反之可取较高值。当输送常温清水时，v0.800.98；当输送石油产品、热水介质时，v0.600.80。取容积效率v0.92。计算折合成单联单作用泵的有效功率：式中：P全压A力，当泵的出口压力远大于进口压力时，近似于出口压力，Pa Q流量； Z柱塞数目，液缸数 K系数，对于单作用泵，K0。对于双作用泵，柱塞平均速度： 查2取所以： 柱塞行程： 查2选取曲轴转速 确定柱塞直径： 根据流量计算公式 得： 圆整，取D50mm程径比：曲柄半径： 在取值范围内，并满足取值条件，程径比合适。连杆比一般取值不大于0.25，初取，则，圆整取连杆长度。吸排液管直径： 两值的选取主要取决于吸排液管内介质的流速、其一般取值范围：、，为了制造方便、互换性能好，取相同的、值，使。则 3.2原动机的选择 泵的有效功率： 泵的轴功率（输入功率）： 电动泵的效率范围是。取泵的效率。 根据2中表91选取联轴器效率： 轴承效率： 齿轮传动效率： 齿轮搅油效率： 传动装置总效率： 取原动机的效率： 所以原动机理论功率： 为了使泵在实际运转中不致超载，在选择电动机时还要留有一定的富裕量，即功率储备系数。 查2中表27取功率储备系数： 所以选择电动机型号为： YB315L14隔爆型三相异步电动机，异步转速。3.3运动与动力参数计算传动装置的总传动比： 各轴转速计算：各轴输入功率计算： 各轴扭矩计算： 表31：运动与动力参数对比：轴 号转 速输出功率输出扭矩电机轴1486139.315905.07齿轮轴1486124.13797.74曲轴550118.022049.264 减速装置的计算4.1齿轮的设计4.1.1选择齿轮材料，确定许用应力选 小齿轮选用20MnVB渗碳淬火，抗拉强度；屈服极限；渗碳淬火后硬度可达5662HRC 大齿轮选用渗碳淬火，抗拉强度；屈服极限；渗碳层深度1.21.6mm，齿面硬度5860HRC、心部硬度2535HRC接触疲劳极限应力：查5中图8-69，取，应力循环次数：接触寿命系数：查5中图8-70，得（不允许有点蚀）接触强度安全系数：按较高可靠度，查5中表8-27，取许用接触应力：按公式：得： 所以 弯曲疲劳极限应力：查5中 图8-72，得，弯曲寿命系数：查5中图8-73，得尺寸系数：查5中图8-74，得安全系数：查5中表8-27，得许用弯曲应力：由公式：得： 4.1.2按照齿面接触疲劳强度计算确定齿轮传动精度等级：根据公式：估取：圆周速度：根据4中表6.7和6.8，取齿轮精度等级为组8级。齿宽系数：按齿轮相对轴承非对称布置，取小轮齿数：在推荐值 中，选大轮齿数：齿数比：传动比误差，误差在范围内，合适。小轮转矩：使用系数：查4表6.3 取动载荷系数的初值：由推荐值1.051.4 取齿向载荷分布系数：由推荐值1.01.2 取在推荐值（）中初步选取。则：总重合度由公式 ：得： 齿向载荷分布系数的初值：查5中表8-21取，则：载荷系数的初值：弹性系数：查电子版机械设计手册，得节点影响系数：因为：，根据4中图63 得重合度系数：因为：，查5中 图8-65，得螺旋角系数：由小齿轮分度圆直径的设计初值：根据公式： 得：法面模数： 查5中表8-3，标准模数系列（GB1357-1987）圆整，取 中心距：圆整，取分度圆螺旋角： 小轮分度圆直径的参数圆整值： 圆周速度： 与估取差别较大，修正齿间载荷分布系数： 根据公式得：所以：与原计算值近似，取载荷系数：根据公式得：小轮分度圆直径： 取大轮分度圆直径： 齿宽：大轮齿宽： 圆整，取小轮齿宽： ，取4.1.3齿根弯曲疲劳强度校核计算齿形系数： 因为：查4中表6.5得 小轮： 大轮： 应力修正系数：查4中表6.5得小轮： 大轮： 重合度系数： 螺旋角系数： 根据公式：当1时，取为1；若0.75时，取，所以：齿根弯曲疲劳强度校核计算：由式： 齿根弯曲强度足够。4.1.4齿轮的基本几何参数法向模数： 齿数： 法向压力角： 齿顶高系数： 顶隙系数： 螺旋角： 基圆螺旋角：由公式：得：端面压力角： 分度圆直径： ，齿顶高： 齿根高：齿全高：齿顶圆直径： 齿根圆直径： 基圆直径： 齿宽： ，中心距： 4.2齿轮轴的结构设计及强度计算综合考虑小齿轮齿根圆直径和输入轴相应轴段直径的大小，本设计采用为齿轮轴型式。4.2.1计算作用在齿轮上的力： 转矩： 轴上齿轮分度圆直径圆周力：径向力： 轴向力：各力方向如图所示4.2.2初步估算轴的直径：选取为轴的材料，渗碳淬火。根据公式：式中系数1.03是考虑键槽的影响。查6，取，则：4.2.3齿轮轴的结构设计确定轴的结构方案左右轴承分别从轴的左右端装入，靠轴肩定位。半联轴器靠轴肩定位。左轴承采用轴承端盖，半联轴器靠轴端挡圈得到轴向固定，采用普通平键得到周向定位。左轴承采用调心滚子轴承，右轴承采用圆柱滚子轴承。确定各轴段的直径和长度：轴段选择联轴器：根据工作情况，查6中表6-2，选取工况系数。联轴器的计算转矩：根据工作要求选用轮胎式联轴器，型号为：UL12型联轴器，许用转矩，与输入轴联接的半联轴器孔径，因此选取轴段的直径为。半联轴器轮毂长度（J型轴孔）。轴段：此轴段为配合轴颈，按照半联轴器孔径，选取轴段直径。为保证定位要求（不产生定位干涉），轴段的长度应比半联轴器轮毂孔长度略短mm，所以确定轴段长度为。轴段：此轴段分为两部分，一是与轴承端盖配合保证密封效果；二是与轴承配合的支撑轴颈，两部分取基本尺寸相同。为了保证半联轴器的轴向定位，轴肩高度应大于,预选轴承为22313C型调心滚子轴承。宽度，取轴段直径为轴承内圈直径，；轴段长度应为轴承宽度、轴承端盖宽度和扳手活动宽度之和，因此确定其长度为。轴段：此轴段为连接轴身，为了保证轴承的正常拆卸，此轴段的轴肩高度不应大于轴承内圈的厚度，取；同时为保证齿轮端面与箱体内壁的距离，取轴段长度。 轴段：该轴段为小齿轮，尺寸由小齿轮参数决定，即直径，长度。轴段：此轴段与轴段结构相同，长度取，直径由轴段上的轴承确定。轴段：此轴段为支撑轴颈，预选轴承型号为NU313E型圆柱滚子轴承，宽度、内圈直径、定位轴肩直径。所以，取轴段长度、轴段直径、轴段直径。齿轮轴结构如图4-1所示：351246图41 齿轮轴结构4.2.4齿轮轴的强度校核求支反力： 水平面： 垂直面：图3.2小齿轮轴的弯矩图和扭矩图当量弯矩：扭矩：合成：垂直面：水平面：138.511873（65.5）绘制轴的弯矩图和扭矩图42：TM2M1MV2MV1MaMca2MCa1图42受力图求齿宽中点处的弯矩：水平面：垂直面：合成弯矩：因为齿轮轴单向转动，考虑起动、停止及运转不均匀性的影响，将剪应力视为脉动循环变应力。所以取系数。则：扭矩：当量弯矩：计算危险截面应力：从受载情况看，齿宽中点截面上当量弯矩最大，但应力集中不大，而且这里的径向尺寸最大，所以该截面不必校核。从应力集中对轴的疲劳强度削弱程度观察，齿轮两端截面因尺寸变化较大引起的应力集中最严重，两截面应力集中相近，但右侧不受扭矩作用，所以危险截面为齿轮左侧截面。截面右侧弯矩：截面上的扭矩：扭弯截面系数：抗弯截面系数：截面上的弯曲应力：截面上的扭转剪应力：弯曲应力幅：弯曲平均应力：扭转剪应力的应力幅与平均应力相等，即：确定影响系数：因为齿轮轴的材料为，渗碳淬火，得、。轴肩圆角处的有效应力集中系数：根据，查6中表4-5，得，尺寸系数：根据圆形截面查6中图4-18，得，表面质量系数：查6中图4-19，得材料弯曲、扭转特性系数：取，疲劳强度许用安全系数：所以：齿轮轴疲劳强度安全系数：齿轮轴强度足够。4.2.5齿轮轴轴承寿命计算前端轴承：型号为22313C，基本额定动载荷；基本额定静载荷，。因为前端轴承承受齿轮啮合时产生的轴向力，产生派生轴向力，其大小与相等，方向相反。由于，取系数。轴承当量动载荷：轴承寿命：根据公式：式中：为轴承寿命指数，对于球轴承，；对于滚子轴承，。查4中表10.3、10.6，得：温度系数，载荷系数按中等冲击取。所以：后端轴承：型号为NU313E，基本额定动载荷，基本额定静载荷。当量动载荷：此轴承不承受轴向力，所以：轴承寿命：。5 液力端主要零部件的设计往复泵液力端通常由液缸体和缸盖，吸入和排出阀及其阀箱、阀盖，柱塞和填料箱以及进出口法兰等。5.1液缸体的设计计算液缸体是乳化液泵中主要承受液压的零件之一。由于它的形状复杂，壁厚不均，内有十字或T形交孔，应力集中大，而且是与输送介质直接接触，并承受内压交变载荷，因此，它的设计合理性，影响着自身和整个乳化液泵的使用寿命。液缸体的结构型式分为整体式和组合式液缸体，本设计中，采用组合式液缸体。整体式液缸体是指泵的多个工作腔都在同一块体上的液缸体。这种液缸体刚性好、工作腔间距小、机加工量少，它适用于单作用柱塞泵。液缸体的材料选取主要是根据泵的排出压力、输送介质及温度选取。一般地，当泵的排出压力达时，可采用锻钢35、45，本设计中泵的排出压力为，因此确定，选用锻钢45作为液缸体的材料。材料的许用应力，计算时取，当壁厚较厚时，沿壁厚应力分布不是均匀的。此时假定液缸体为一等厚，且轴向较长的圆筒，且内壁作用着沿轴向不变的均匀内压，此时，初取液缸体内孔半径。确定液缸体的最小壁厚：取则理论外径：。液缸体强度校核最大切向力：内壁径向应力：(式中负号表示力的方向)当量应力：5.2 泵阀的设计在大多情况下,泵阀主要是自动阀,只有当输送高粘度介质时,才采用强制阀本设计采用自动阀.自动阀按照使用型式可分为弹簧阀和自重阀,前者常见的结构及形式有盘形阀和环形阀,后者则多为球阀.在本次设计中采用锥形阀.锥形阀较平板阀在制造上略有复杂,但流道较平滑.流量系数较大,水力阻力小过流能力强,密封性能好,不论介质粘度高或粘度低都比较适宜,而且因阀板刚度较大,通常用于高压和超高压泵上。通过阀的理论平均流量：阀座孔最大瞬时流速：一般按经验选取,流速过大，阻力损失小。影响泵的吸入性能，流速选取过小泵阀尺寸过大,泵阀质量也增大，总的范围可在内选取。因此,本设计在计算时取。阀孔座孔直径：0.04719m=47.19mm在本次设计中泵阀采用金属对金属接触密封阀板与阀座密封接触面宽度：预取锥形阀的圆锥半角阀板直径：47.19+22.89sin60052.19mm密封面平均直径:49.69mm阀板与阀座密封接触面面积：=520.67mm2根据阿道尔夫试验系数取结合泵阀芯的结构,预取阀芯质量：mg0.4kg泵阀的允许关闭速度：符合一般取值合适阀板最大升程：因此：对于平板阀流量系数不稳定值约在左右,因此比值范围合适。当量系数：查3中图328得=1.1计算系数：式中 输送介质的重度阀板及可动件的重量S柱塞行程D柱塞直径当量系数当量阀座孔直径所以:因为连杆比所以取系数=23.17阀板厚度的确定：阀板厚度，按下面经验式初定,而后再进行强度校核：对锥形阀：阀导向杆直径，按经验选取：5.3柱塞的结构尺寸柱塞直径已知，根据液力端的具体结构，预确定柱塞的长度尺寸见下图51。图51：柱塞的结构尺寸如图所示，柱塞的计算长度（即自与十字头连接端面至柱塞导向套中点的长度）。柱塞的强度校核压杆柔度：柱塞材料选用45钢，经高频淬火或表面镀铬，与填料接触部分的表面硬度50HRC，硬化层厚度为，抗拉强度，许用压杆稳定性安全系数。柱塞平均截面面积：压杆稳定性安全系数：6 动力计算6.1曲柄连杆机构的受力分析曲柄连杆机构为传动端的机动往复泵，一方面通过这一机构把原动机的旋转运动转化为柱塞的往复运动，一方面则经它把原动机的机械能传递给被输送液体。因为曲轴受力十分复杂.除了作用在曲轴上的重力是恒定不变的,其它如连杆力、惯性力,原动机驱动扭矩、支座外力、各联间的纵向、横向、扭转振动惯性矩等都将随转角的变而变化.此外,曲轴还要受到支座变形、加工不同轴度、使用中因轴颈磨损等因素造成的附加载荷.要想把曲轴所有受力情况均考虑过去,是很难做到的.在实际分析、计算时,常常是忽略那些次要的因素,抓住重要的因素予以考虑.为此,在分析、计算曲轴受力时,通常做下列假设:1.把多支承曲轴看做是以主轴承中点分开的分段简支梁并把曲轴视为绝对刚性系统;2.把主轴颈中点既看成是支承点,又看成是集中支反力的作用点;3.连杆力和旋转惯性力(或径向力和切向力),看成是集中力并作用在曲柄销中点;4.略去除作用在轴颈上的其它各联间作用力的影响,也略去因加工精度、装配质量以及因使用后磨损、热变形等造成的附加载荷.除此之外,当柱塞力很大时,在计算时也可略去重力和摩擦力.曲柄连杆机构的受力：曲柄转角： 取曲柄角速度：柱塞质量：估取十字头质量：估取连杆质量：估取曲拐不平衡重量： 重心至主轴颈距离：转化系数：，取往复运动质量： 计算时取往复惯性力： 旋转运动质量： 旋转运动惯性力: 连杆摆角：摩擦力：一般略去不计综合柱塞力：侧向力：连杆力：切向力：径向力分量：径向力：6.2往复泵基础的振动形式往复泵基础除了受泵的重量外，还承受在泵内未能平衡的惯性力和惯性力矩，做周期变化的惯性力和惯性力矩统称为往复泵对基础的挠力载荷。这就是引起基础振动原因，即为基础振动计算的依据。由此可知，挠力载荷的确定可归结为对各种往复泵惯性力、惯性力矩及其平衡情况的分析与计算。基础振动形式可分为垂直振动、水平振动、摇摆振动和扭转振动。6.3三联单作用曲柄连杆往复泵的挠力载荷旋转惯性力 旋转惯性力矩 一阶惯性力 一阶惯性力矩 二阶惯性力 一阶惯性力矩 7 传动端主要零、部件设计往复泵传动端主要由机体、曲轴、连杆、十字头等主要零、部件所组成。7.1机体的结构设计机体是乳化液泵传动端的主要部件之一，通常由机身、机盖、轴承盖等主要零件所构成。其最大的作用有：机体作为齿轮传动机构和曲轴连杆机构的支承、定位及运动导向作用，并承受或传递泵的作用力和力矩。另外，机体还作为液力端的支承并用于安装某些辅助设备。泵的机体，按毛坯的形式可分为铸造机体和焊接机体两种。一般讲，铸造机体具有较高的刚度和抗振能力，稳定性高，易于获得所需的强度，生产周期短，成本也较低，因而在往复式泵中广为采用。焊接式机体多采用低碳钢组焊而成，重量较轻、便于移动。但此种机体，刚性较差，制造周期长，成本高，通常只用于要求经常移动的泵。本设计采用铸造机体。在结构上，按照机体上的主轴承座孔是否剖分可大致分为闭式机体和开式机体两种，本设计采用闭式机体。卧式的闭式机体，其主轴承座孔为一整圆。安装时，主轴（曲轴）须从该孔装入，所以给曲柄机构的拆、装、维修带来不便。但是，闭式机体具有便于铸造，刚度好，机加工面少，且易于保证各加工表面的形状和位置公差，工时少、成本低、制造周期短等一系列优点，在中、小型往复泵上应用广泛。闭式机体的顶壁和厚壁都须开设窗口，以供连杆、十字头等拆装，窗口尺寸，尽可能的小些，以利于机体的刚性得到保证。本设计的连杆小头与十字头采用十字头销连接，十字头滑道孔处对应行程中点应开一孔道，以便十字头销的拆装。机体内的空间容积通常兼做连杆的运转空间和润滑油的贮存之用。为此，机体不得有缩孔、砂眼、夹渣等缺陷，并应做渗漏试验。此外，机体内底面应铸成斜坡状平面，在最低处开设排油孔，以供机体内清洗和润滑油的排放之用。本设计采用强迫润滑方式并把机体作为贮油箱贮存全部润滑油，该容积应不小于润滑油泵在48分钟内排油量的总和容积，而且还要使机体内曲柄机构在运转中不触及最高油面。为了使机体有充足的刚度，除了选择合理的结构

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