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摘要
灌用泥漿泵被廣泛的應(yīng)用在水庫大壩、煤礦巷道、隧道灌漿、高速公路邊坡維護、建筑地基加固等場合，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，此類泥漿泵的需求量也越來越大。近年來，灌用泥漿泵的研制和發(fā)展也越來越快，但其也存在著許多的問題：一是此類泥漿泵的平均無故障的工作時間較短，最多也就幾個小時；二是重量和體積普遍較大，野外搬運不便；三是更換密封件的時間較長。針對以上問題的提出，本次設(shè)計有了具體的解決措施，解決密封件壽命短的問題，關(guān)鍵是選擇合適的密封材料和合理的結(jié)構(gòu)形式；為了使泵的整體重量減輕，就要徹底放棄傳統(tǒng)的減速方式，取而代之的是先進的減速方式，本此設(shè)計選用的是行星減速器大傳動比降速，并將行星減速器置于大帶輪中，既能夠達到降速的目的，又能夠減輕泵的總體重量。
關(guān)鍵字：密封件 行星減速器 壓力 流量 柱塞
Abstract
Fed sludge pump is widely used in the application of dam reservoirs, coal mine, tunnels filled, length of the highway, construction of foundation reinforced, and so on, with the development of the national economy, the demand of such sludge pump is also growing.
In recent years, fed by sludge pump research and development is growing fast, but there are still the existence of many problems : First, the average no-fault sludge pump shorter working hours, up to several hours; Second, the weight and size generally larger field handling inconvenience; Third is the replacement of sealed pieces over a longer period of time. Responding to the above questions, this design has specific solutions to address the short life of the sealed, the key is to choose suitable materials and sealed reasonable structure; In order to make the overall weight pump, we must completely abandon the traditional slowdown, replaced by advanced slowdown, The design chosen is the large transmission planetary reducer than paved, and under great Dailun planetary reducer, both can be achieved faster purposes, and to reduce the overall weight pump.
Key: sealed pieces planetary reducer pressure flow piston
目 錄
摘要 1
Abstract 2
目 錄 3
前 言 5
第一章 泵的總體設(shè)計 7
第二章 原動機的選擇 9
第三章 吸漿管與排漿管的選擇與直徑計算 12
第四章 泥漿泵零件選擇及其強度的計算 13
4.1 機架 13
4.2 泵體 13
4.3 連桿十字頭連接處銷子強度的計算 14
4.4 柱塞上螺紋強度計算 16
4.4.1螺紋的選擇和強度校核 16
4.4.2螺紋連接的防松方式的選擇 17
4.5泵體壁厚強度計算和選擇 18
4.6 空氣室容積及強度計算和選擇 18
4.7 減速器的選擇和計算 20
4.8 V帶傳動的計算 23
4.9 軸的設(shè)計和強度校核 26
4.9.1 估算軸徑d 27
4.9.2軸的受力分析 27
4.9.3 驗算軸徑 31
4.10軸承選擇 31
4.10.1軸承壽命計算 32
4.10.2靜載荷計算 32
4.11 軸上鍵的選擇 33
4.11.1 平鍵的選擇 33
4.11.2 平鍵的強度校核 33
4.11.3 花鍵的選擇 34
4.11.4 花鍵的強度校核 34
4.12活塞密封圈的選擇 34
4.13. 泵的潤滑 35
第五章 泵的使用和維護 36
5.1用途 36
5.2結(jié)構(gòu) 36
5.3安裝 36
5.4 維護與保養(yǎng) 37
第六章XQB75/3.5型泥漿泵的經(jīng)濟可行性分析 38
第七章 結(jié) 論 39
參考文獻 40
附錄1 專題 41
附錄二 外文翻譯 49
英文文獻 49
中文翻譯 60
致謝 68
前 言
灌用泥漿泵是一種新型的非標(biāo)準(zhǔn)工程機械，走向市場至今已有多年的歷史?？墒?，直到今天，仍然沒有一種較理想的機型來滿足用戶的需求。流行在市場上的灌用泥漿泵種類很多，但都存在著柱塞的密封件不耐磨的致命缺陷，使用壽命最長不超過60小時。更換密封件需投入大量的人力、財力，用戶難于承受。其次，泵的結(jié)構(gòu)大多數(shù)復(fù)雜、笨重、體積大；野外露天作業(yè)進隧道施工搬運困難。為了解決這些問題，一種新型的體積輕便、使用壽命長的灌用泥漿泵的研制和開發(fā)就顯的尤為重要。
目前，在世界范圍內(nèi)泥漿泵的技術(shù)發(fā)展，美國處于領(lǐng)先地位， 其次是俄國，俄國近幾年來對三缸單作用泵的發(fā)展較快。我國鉆探用泥漿泵與美國、俄國同類型泵的先進水平對比，容積效率和質(zhì)量比等方面達到了先進水平，唯有總效率還有差距，也就是說機械效率偏低，美國和俄國的泵的機械效率一般為９０％ 左右，而我國僅為85％左右。這主要是因為我國機械制造精度較差，表面粗糙度值較大，裝配質(zhì)量也較差之故。
因此，為了使我國鉆探用泥漿泵易損件使用壽命達到國際先進水平，必須在三個方面下功夫 ：一是要盡快研制和應(yīng)用抗磨損、抗腐蝕、價格合理的新型合成橡膠；二是要研制有效實用的泥漿凈化系統(tǒng)，并應(yīng)用到鉆探使用中，使泥漿的含砂量控制在0．5％以下，或者使用無固相優(yōu)質(zhì)泥漿，三是適當(dāng)降低沖次和加長沖程，雖然會帶來增大泵的體積和加重質(zhì)量以及提高制造成本的問題，但其經(jīng)濟效益的提高還是可取的。
國外泵業(yè)發(fā)展迅速，高科技的發(fā)展和應(yīng)用起了致關(guān)重要的作用，如CAD/CAM技術(shù)的應(yīng)用，推動了泵的設(shè)計多樣化，生產(chǎn)朝多品種、小批量方向發(fā)展。制造技術(shù)的提高給泵業(yè)的發(fā)展注入了新的力量，由合成纖維、陶瓷及聚四氟乙烯等材料制成的低摩擦壓縮填料和石棉填料相比，在多方面顯出了優(yōu)勢，顯示了新的生命力。
國內(nèi)泵業(yè)就近幾年來發(fā)展很迅速，生產(chǎn)的能力已具有了相當(dāng)大的規(guī)模，在原有的基礎(chǔ)上開發(fā)研究新產(chǎn)品，引進國外的工藝及技術(shù)。如泵計算機輔助設(shè)計CAD系統(tǒng)，中國泵制造業(yè)與相關(guān)行業(yè)信息計算機運程通訊系統(tǒng)等新技術(shù)的設(shè)計和開發(fā)促進了我國泵業(yè)技術(shù)水平的提高。綜上所述，無論在國內(nèi)、國外，新型輕便的灌用泥漿泵還不是很多，而現(xiàn)在對此泵的需求量卻在日益增大。
通過調(diào)研了解到，以往灌用泥漿泵的體積都比較大，整體看起來比較笨重，結(jié)構(gòu)一般都是三缸單作用，三缸泵流量大，壓力大，比較受歡迎，但目前的三缸泵也存在著由于密封圈壽命太短，軸承蓋容易損壞，勞動強度大，適應(yīng)差等缺點。而傳動則采用傳統(tǒng)古老的V行夾織物成組橡膠密封圈，難于承受細碎的砂石和微顆粒水泥漿介質(zhì)，使用壽命最長不超過60小時，就需要經(jīng)常更換密封件。鑒于以上原因，我們決定開發(fā)輕便的灌用泥漿泵。其存在主要問題是：液力部件耐磨性差，壽命短，可靠性低。為了解決上述問題，本項目擬設(shè)計的灌用泥漿泵的特點：一是采用更好的密封材料，提高密封件的耐磨性和使用壽命；二是采用行星減速器內(nèi)置大皮帶輪內(nèi)的結(jié)構(gòu)，使其體積小，重量輕，便于搬運。
經(jīng)過幾次方案討論決定，輕便灌用泥漿泵應(yīng)具有以下特點：
1.經(jīng)濟耐用可靠，質(zhì)優(yōu)價廉；
2.體積小，重量輕，便于搬運；
3.密封件更換時間短，使用壽命長；
4.操作簡單，維修方便；
5.適用于壩基工程，巖基帷幕灌漿等多種場合；
6.動力為電機。
第一章 泵的總體設(shè)計
經(jīng)過調(diào)研和幾次方案論證，考慮到工作現(xiàn)場的特點，從實際實用的角度出發(fā)，確定方案如下：
1. 考慮到多種場合的野外作業(yè)，動力可選擇電機；
2. 考慮到使流量更加平滑穩(wěn)定，增加一個空氣室；
3. 考慮到密封件容易損壞，需經(jīng)常更換，選擇新型的密封材料聚四氟乙烯，可延長使用壽命；
4. 考慮到泵體容易損壞，選用高強度材料，提高承載能力；
5. 柱塞選用更好的材料，提高柱塞耐磨性，延長柱塞使用壽命。
6. 在滿足上述要求的同時，盡量結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適合于搬運。盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化。
工作原理
此泥漿泵是采用單缸雙作用柱塞泵工作。由電機通過帶傳動輸入動力，通過行星減速器減速。經(jīng)偏心輪將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線往復(fù)運動。驅(qū)動雙作用柱塞泵作功。柱塞泵的進漿室、排漿室各有兩個鋼球組成的單向控制閥（如下圖所示）。當(dāng)活塞桿向左驅(qū)動時，缸體右腔進漿（單向閥F2打開，單向閥F4關(guān)閉），缸體左腔排漿（單向閥F3打開，單向閥F1關(guān)閉）。當(dāng)活塞桿向右
圖1.1
驅(qū)動時，缸體左腔進漿（單向閥F1打開，單向閥F3關(guān)閉），缸體右腔排漿（單向閥F4打開，單向閥F2關(guān)閉）。（見以上工作原理圖1.1）除此之外,在主通路上安裝空氣力表用來調(diào)整泵在抽吸過程中產(chǎn)生的波動大小。
第二章 原動機的選擇
泵的原動機類型應(yīng)根據(jù)動力來源、工廠或裝置能量平衡、環(huán)境條件、調(diào)節(jié)控制要求以及經(jīng)濟效益而定。
現(xiàn)今電動機主要有鼠籠式和線繞式兩種，三向交流鼠籠型異步電動機是石化裝置用泵的主要原動機，它具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、價格較低、體積緊湊、啟動及運行均較方便可靠的優(yōu)點。但是它不能經(jīng)濟、方便地實現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速、運行中必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功電流而使電網(wǎng)功率因素變低，一般不適于大型泵及調(diào)速泵，而多用于中、小型泵。
相比之下，三相交流繞線型電機和三相交流同步電機，則可用于對啟動、調(diào)速、改善電網(wǎng)功率因數(shù)、大功率、高效率、轉(zhuǎn)速恒定等有特殊要求的場合，但用于驅(qū)動泵的不多。
直流電機雖有調(diào)速性好、啟動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，但需直流電源，造價高，維修較復(fù)雜，一般也不常用于生產(chǎn)裝置中。
當(dāng)需要改變工廠的蒸汽平衡，對裝置中大型泵或需調(diào)速等特殊要求的泵，可采用氣輪機作泵的原動機。
隨著石化裝置技術(shù)水平及經(jīng)濟性的提高，采用反轉(zhuǎn)離心泵或液力透平作為泵的輔助或主要原動機，以回收壓力液流的可用能量；采用調(diào)速或多速電機，或采用電磁的、液力的、機械的耦合器以達到泵調(diào)速的目的等技術(shù)，近年來已應(yīng)用于石化裝置。
此外，在特定的情況下，也有用蒸汽機、內(nèi)燃機、燃汽機等作為泵的原動機的。
然而，電機的選擇還要根據(jù)某些參數(shù)才能確定最終的電機型號計算過程如下：
由已知參數(shù)可知Q=75/min，P=3.5Mpa.
而根據(jù)公式F=AP可得，
F=3.5××3.14×=4846N
其中F——主軸所受的軸向力
A——運動活塞的截面積
P——作用在軸上的最大壓力
由以上便可得主軸的轉(zhuǎn)矩T：
T=Fr=4846×51×=247.146N.m
根據(jù)公式， P=，可得
P= =443.45/r
其中p——為排量；
M —— 為轉(zhuǎn)矩 ；
P——為最大壓力；
又由Q=，可得軸的轉(zhuǎn)速r=，
r= =170r/min；
其中Q——為流量（L/min）；
P——為排量（/r）；
最終根據(jù)以上所求的參數(shù)，可根據(jù)公式T=9550 求得軸的輸出功率
P= = =4.39Kw；
取每級齒輪的傳動效率為0.97，帶的傳動效率為0.92?？伤愕秒姍C的輸出功率為P= =5.08Kw。
一般的，Y系列是供一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機，具有效率高、性能好、噪音低、振動小、體積小、重量輕、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。而Y系列電動機主要擁有啟動轉(zhuǎn)矩高、啟動電流小等優(yōu)點。
根據(jù)以上的敘述和有關(guān)計算，決定選擇Y132S-4型三向異步電動機，其功率為5.5Kw，轉(zhuǎn)速為1440r/min，重量為95Kg。即Y132S-4，5.5Kw、1440r/p。
此系列的電動機的主要特點：
1 啟動轉(zhuǎn)矩高、啟動電流小，效率較高，損耗少，運行可靠，運行溫度低；
2 由于其結(jié)構(gòu)型式為封閉式，因此可以在塵土飛揚、水土飛濺的環(huán)境中使用，在比較潮濕及有輕微腐蝕性氣體的環(huán)境中也能有較長的使用壽命。
第三章 吸漿管與排漿管的選擇與直徑計算
3.1吸漿管直徑計算
dx=（4Q‘/πvX）1/2=[4×90.90/（3.14×13×60）]1/2=0.180mm
取φ20mm
式中：vX—液流在吸入管中的流速 取vX=1.3 m/S=13 dm/S
Q‘—計算流量Q‘= Q/ηV=75/0.825=90.90L/min
3.2排漿管直徑計算
dp=（4Q‘/πvp）1/2=（4×90.90/（3.14×20×60））1/2=0.272mm
取φ30mm
式中：vp—液流在排水管中的流速 取vp=2m/S=20 dm/S
3.3漿管的選擇
根據(jù)工作壓力和按上式求得的管子的內(nèi)徑，選擇膠管的尺寸規(guī)格。對于頻繁，經(jīng)常扭者要降低40%。膠管在使用及設(shè)計中應(yīng)注意下列事項：
（1） 膠管的彎曲半徑不宜過小，膠管與管接頭的連接處應(yīng)留有一段直的部分，此段長度不應(yīng)小于關(guān)外半徑的兩倍。
（2） 膠管的長度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力液后，長度方向?qū)l(fā)生收縮變形，一般收縮量為管長的3-4%。因此，膠管安裝時應(yīng)避免處于拉緊狀態(tài)。
（3） 膠管在安裝時應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，為了便于安裝，可沿管長涂以色紋，以便檢查。
（4） 膠管的管接頭軸線，應(yīng)盡量放置在運動的平面內(nèi)，避免兩端互相運動時膠管收扭。
（5） 膠管應(yīng)避免與機械上尖角部分相接觸和摩擦，以免管子損壞。
第四章 泥漿泵零件選擇及其強度的計算
泥漿泵零件強度的計算是按皮帶傳動，電機功率5.5Kw，泵的額定壓力P=3500N/cm2 ，流量，柱塞D=８0mm來進行的。
4.1 機架
機架是由8#槽鋼、平墊板、撐管、加固筋等結(jié)構(gòu)件焊接而成。
4.2 泵體
泵體可實現(xiàn)吸、排水泥漿功能。泵體由主軸、偏心套、連桿、滑套、十子頭、活塞銷等組成。
泵頭由拉桿、柱塞、漿缸、閥座、閥蓋、球閥、進漿室、排漿室、進漿膠管接頭、空氣室等組成。
行星軸和主軸均安有圓錐滾子軸承，既能承受向心力又能承受斜齒輪產(chǎn)生的軸向分力，有較高的抗彎強度。柱塞和拉桿都采用兩道C形滑環(huán)組合密封，能承受高壓，高溫度250，低溫-100，耐磨，自潤滑，適用于水、水泥漿、砂漿、礦物油、酸、堿等各類介質(zhì)。柱塞通過一套冷卻裝置降低溫升，只需要把膠皮水管一端接近直通管接頭，冷卻水即可進入冷卻水管，冷卻拉桿、柱塞。
泵的進口為，設(shè)置在進漿室的右側(cè)、內(nèi)孔為，有膠管一端接進漿膠管接頭，另一端接水泥漿攪拌桶出口。攪拌機的出漿口必須高于或等于進漿膠管接頭孔的高度，使?jié){涂順利的被泵吸入。
泵的出口為，纖維編織兩層高壓膠管制，接排漿室膠管接頭。
4.3 連桿十字頭連接處銷子強度的計算
銷的類型可根據(jù)工作要求選定，用于聯(lián)結(jié)的銷，其直徑可根據(jù)聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點按經(jīng)驗確定，必要時再作強度較核。
定位銷通常不受載荷或只受很小的載荷，數(shù)目不能少于兩個。銷在每一個被聯(lián)結(jié)的件內(nèi)的長度約為銷直徑的1-2倍，定位銷的材料通常選35、45鋼，并進行硬化處理，根據(jù)工作需要也可以選用30CrMnSiA、1Cr13、2Cr13、H62和1Cr18Ni9Ti等材料；彈性圓柱銷多采用65Mn，其槽口位置不應(yīng)裝在銷子受壓的一面，要在裝配圖上表示出槽口的方向。
設(shè)計安全銷時，應(yīng)考慮銷剪斷后要不易飛出和要易于更換。安全銷的材料可選用35、45、50鋼或T8A、T10A等，熱處理后硬度為30-36HRC；銷套材料可選用45鋼、35SiMn、40Cr等，熱處理后的硬度為40-50HRC。安全銷的直徑應(yīng)按銷的抗剪強度τb進行計算，一般可取τb =（0.6-0.7）σb。
根據(jù)本設(shè)計的實際情況，選擇45鋼d=16mm的圓柱銷。
材料：45號鋼
機械性能：
σs=36000N/cm2
σb=61000N/ cm2
[σ]= σs/1.5=24000N/ cm2
（1） 外加負荷P=πD2P/4=Π×5.52200/4=4749.25N
（2） 各支點反力FA，F(xiàn)B
∑Z=0
FA+ FB= P=4749.25N
∑MA=0
18 P－36 FB=0
解得：
FB=2374.625N
FA =2374.625N
（3） 各支點彎矩如圖4.1
MA=MB=0
MC=18FA=4274.3N.cm
(4)按彎曲強度計算
從圖4.1的彎矩圖可知危險短面為C處截面，截面C處的抗彎摸量W
W=0.1d3=0.1×1.63=0.41 cm 3
截面C處的彎曲應(yīng)力σW
σW=MC/W=4274.3/0.41=10425 N/ cm2
安全系數(shù)n
n=[σ]/ σW=24000/10425=2.3 安全
圖4.1 彎矩圖
（5）按剪切強度計算
由于此銷為雙剪切
故剪力Q=P/2=2374.625N
剪應(yīng)力τ= Q/F=2374.625X4/1.62π=1182 N/ cm2
安全系數(shù)n=[τ]/ τ=8150/1182=6.9 安全
式中：[τ]—許用剪應(yīng)力[τ]=8150 N/ cm2
（6）按擠壓強度計算
擠壓應(yīng)力σJYP/FJY=4749.25/1.6X2.4=1237 N/ cm2
安全系數(shù)n= [σJY] /σJY=5100/1237=4.12 安全
式中：[σJY]—擠壓剪應(yīng)力[σJY]=5100 N/ cm2
綜上所敘連桿小頭銷子直徑為16mm滿足強度要求。
4.4 柱塞上螺紋強度計算
4.4.1螺紋的選擇和強度校核
螺紋強度校核是假定螺紋只沿螺紋中徑傳力，而不受徑向力的影響。而且只有半數(shù)螺紋參加工作，螺紋工作圈數(shù)之間載荷均勻分配，內(nèi)螺紋之間沒有間隙。此外，本柱塞螺紋是當(dāng)作松聯(lián)接，及受剪切載荷作用的聯(lián)接來計算的。
圖4.2 螺紋計算簡圖
材料：45號鋼
機械性能：
σs=36000 N/ cm2
σb=61000 N/ cm2
[σ]= σs /1.5=24000 N/ cm2
計算簡圖見圖4.2
主要尺寸
公稱尺寸 d =2 cm
內(nèi)徑 d1= 1.7835 cm
螺 距s=0.2
工作高度h=0.10825
螺紋梯形寬度b=2htg300 =0.15
旋上差寬l=2.2 cm
旋入等容Z =2.2/0.2=11
（1）按彎曲強度計算
彎曲應(yīng)力：
σ=2M/2W=2X257/11X0.021=2225 N/ cm2
式中：M—彎矩
M=h P /2=0.10825×4749.25/2=257 N. cm
W—一圈的抗彎摸量
W=πd1b2/6=π1.7835× 0.152/6=0.021 cm3
安全系數(shù)n= [σ] /σ=24000/2225=10.7
（2）按剪切強度計算
剪切應(yīng)力：
τ=2Q/（ZFτ）=2×4749.25/（11×0.84）=1028N/cm2
式中：Fτ—一圈的剪切面積
Fτ=πd1b=3.14×1.7835×0.15=0.84 cm2
安全系數(shù)n= [τ] /τ=72000/1028=7
式中：[τ]—許用剪切應(yīng)力
[τ]= σS/5=36000/5=7200 N/ cm2
（3）按擠壓強度計算
擠壓應(yīng)力σJY =2Q/（ZFJY）=2×4749.25/（11×0.643）=1343 N/ cm2
式中： FJY—一圈的擠壓面積
FJY=π（d2— d12）/4=π（22— 1.78352）/4=0.634cm2
安全系數(shù)n= [σJY] /σJY=28800/1343=21.45 安全
[σJY]—許用擠壓應(yīng)力
[σJY]= σS/1.25=36000/1.25=28800 N/ cm2
4.4.2螺紋連接的防松方式的選擇
連接螺紋通常均能滿足自鎖條件（φ＜ρ），且擰緊后螺母和螺栓頭部支撐面存在著摩擦力。因此，在靜載荷且工作溫度變化不大時，可保證連接自鎖而不松退。但在沖擊、振動或變載荷的作用下，或在高溫、溫度變化較大的情況下，仍會出現(xiàn)聯(lián)結(jié)松動甚至松退，使機器不能正常工作甚至造成嚴(yán)重事故。因此，對螺紋聯(lián)結(jié)必須采取有效的防松措施，以保證正常的工作。
按防松原理，螺紋聯(lián)結(jié)的防松方法可分為摩擦防松、機械防松和破壞螺紋副防松等幾種。
根據(jù)本設(shè)計的實際情況，選擇摩擦防松中的防松螺母來擰緊防松。此處用GB/T6170-2000六角頭防松螺母瑣定于被聯(lián)結(jié)件上，防松可靠。
4.5泵體壁厚強度計算和選擇
材料：蠕墨鑄鐵
機械性能：
σb=330 N/ cm2
σS=230 N/ cm2
許用安全系數(shù)[S]=2—3.5 取[S] =3.5
則[σ]= σ/[S ]=23000/3.5=6571.429 N/ cm2
實際壁厚δ=8 mm=0.8cm
（1） 按經(jīng)驗公式計算
δ= r1P/([σ]－0.6p)+C=200×2/(6571.43-0.6×200)+0.8
= 0.662cm<0.8 cm
式中：r1_缸的內(nèi)半徑r1=2 cm
C_考慮腐蝕和鑄造偏心的壁厚附加量C=0.1—0.8 cm
取C=0.4 cm
（2） 按承壓強度計算
δ=0.5D{[（σ+0.4P）/（σ—1.3P）]1/2—1}+a
δ=0.8×4{[（σ+0.4×200）/（σ—1.32×200）]1/2—1}+0.4
解得σ=1960 N/ cm2
式中：D—泵體最大內(nèi)徑
a— 考慮腐蝕和鑄造偏心的壁厚
附加量 a=0.4 cm
安全系數(shù)n= [σ] /σ=657143/1960=3.35 <[n]=3.5
所以此壁厚安全。
4.6 空氣室容積及強度計算和選擇
空氣室位于排漿室的始端，當(dāng)排漿量增大時，空氣室中空氣受到壓縮，而當(dāng)排漿量減少時，空氣膨脹，由于空氣室中空氣體積的改變，空氣壓力也隨之改變，影響水泥漿自空氣室跑出的快慢，迫使排漿均勻。
（1）空氣室容積計算
V=1.5πβPαsD2s/(4P0δp)
=（1.5×3.14×0.009×200××3）/（4×10×0.04）
=801.44cm
圖4.3 空氣室
式中:
Pαv —平均壓力 Pαv =200N/ cm2
P0 —空氣室未工作時的壓力
P0=10N/cm2
S—柱塞行程 S=50mm
β—剩余液量β=0.009
δP —壓力不均勻系數(shù),取δP=0.04
(2)實際容積VS
VS=πd2L/4+4πr3/3
=π×92×10/4+4×π×4.53/3
=1017.36 cm3＞801.44 cm3
即空氣室的容積合適
(3)強度計算
材料:蠕墨鑄鐵
實際厚度:δ=0.8 cm
按經(jīng)驗公式計算
δ=Pγ/([σ]-0.6P)+C
=200×2/(6571.429-0.6×200)+0.4
=0.43 cm＜0.8 cm
按承壓強度計算
δ=0.5d（-1）+2
δ=0.5×9（-1）+2
解得δ=1478N/cm2
安全系數(shù) n=[δ]/δ=6571.429/1478=4.446
故取δ=0.8cm是可以的。
4.7 減速器的選擇和計算
減速器是指原動機與工作機之間獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速并相應(yīng)地增大轉(zhuǎn)矩。減速器的種類很多，這里近討論由齒輪傳動、蝸輪傳動以及由它們組成的減速器。如果按照傳動和結(jié)構(gòu)特點來劃分，這類減速器有下述六種：
1．齒輪減速器
主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器。
2．蝸桿減速器
主要有圓柱蝸桿減速器、環(huán)面蝸桿減速器和蝸桿減速器。
3．蝸桿-齒輪減速器及齒輪-蝸桿減速器。
4．行星齒輪減速器
5．?dāng)[線針輪減速器
6．諧波齒輪減速器
其中，各類的減速器還有其各自的特點和應(yīng)用，圓柱齒輪減速器的應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)簡單，精度容易保證，齒輪可做成直齒、斜齒或人字齒。可用于低速重載，也可用于高速傳動。圓錐-圓柱齒輪減速器可制成直齒、斜齒或曲線齒。適用于輸入軸和輸出軸兩軸線垂直相交的傳動中?？蔀樗绞交蛄⑹?。其制造安裝復(fù)雜，成本高，僅在設(shè)備布置必要時才采用。蝸桿-齒輪減速器，當(dāng)蝸桿布置在蝸輪的下邊時，嚙合處的冷卻和潤滑較好，蝸桿軸承潤滑也方便。但當(dāng)蝸桿圓周速度太大時，油的攪動損失較大，一般用于蝸桿圓周速度大于5m/s。而當(dāng)蝸桿布置在蝸輪的上邊是，裝拆方便，蝸桿的圓周速度允許高一些，但蝸桿軸承潤滑不方便，當(dāng)蝸桿放在蝸輪側(cè)面，蝸輪軸應(yīng)是豎直的。漸開線行星齒輪減速器，其體積小，重量輕，承載能力大，效率高，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)。與普通圓柱齒輪減速器比較，體積和重量可減少50%左右，效率可提高3%。但其制造精度要求較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。擺線針輪減速器，其傳動比大，傳動效率較高，單級傳動效率為90%-94%，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕。在相同情況下，它的體積和重量約為普通減速器的50%-80%，過載和耐沖擊能力較強，故障少，壽命長。但制造工藝復(fù)雜，需用專用機床加工，宜專業(yè)化生產(chǎn)。三環(huán)減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，傳動比大，效率單級為92%-98%，噪聲低，過載能力強，承載能力高，傳遞功率不受限制，輸出轉(zhuǎn)矩高達400Kw，不用輸出機構(gòu)，軸承直徑不受限制。使用壽命長。零件種類少，齒輪精度要求不高，無特殊材料且不采用特殊加工方法就能制造，造價低，適應(yīng)性廣，派生系列多。諧波齒輪減速器的傳動比大，范圍寬，元件少，體積小，重量輕。在相同情況下，比一般齒輪減速器體積和重量減少20%-25%。雙波傳動中在受載時同時嚙合齒數(shù)可達總齒數(shù)的20%-40%，承載能力大，傳動效率高。但制造的工藝較復(fù)雜。
選擇減速器：考慮到此泥漿泵需經(jīng)常在野外工作，要求利于搬運和輸送，因此其體積應(yīng)該盡量輕便，所以選用行星齒輪減速器，因其可用小的體積，就可完成大
的傳動比，可將其置于大皮帶輪的內(nèi)部，使整個泵的結(jié)構(gòu)緊湊，體積輕便。
圖4.4
1. 傳動比的分配
因為電機軸的轉(zhuǎn)速=1440r/min，柱塞泵往復(fù)次數(shù)為175次/分，即，= . = =12.9729；
=2.16，=6；
1. 按照減速器機械強度限制的承載能力選定；
==1×5.5×1.4=7.7Kw
其中，——為計算功率（Kw）；
——為使用系數(shù)，考慮使用工況的影響，選取1；
——為安全系數(shù)，選取1.4；
當(dāng)i=4.5，n=1440r/min，根據(jù)參考文獻16查表3-4知NAD200，
=111.11Kw>7.7Kw。
2. 由于環(huán)境溫度的影響，應(yīng)驗算熱平衡時臨界功率>,按已知條件查表2-8、表2-9、表3-17、得=1，=1，因為=5.5/111.11=4.9%，用插值法得=1
=5.5×1×1×1=5.5Kw
通過查表3-15得=21Kw>5.5Kw.
工作狀態(tài)的熱功率小于減速器熱平衡功率，因此無需增加冷卻措施。
3. 行星減速器各齒輪參數(shù)
行星減速器選用型雙聯(lián)機構(gòu)，行星輪n=3，i=6；
1）中心輪參數(shù)
=30； ；；；
旋向向左。
2） 行星輪參數(shù)
=30；；旋向向左；
；
3）行星輪參數(shù)
=18； = =0.8；；
旋向右旋。
4.8 V帶傳動的計算
帶傳動是由固聯(lián)于主動軸上的帶輪、固聯(lián)于從動軸上的帶輪和緊套在兩輪上的傳動帶組成的。當(dāng)原動機驅(qū)動主動輪轉(zhuǎn)動時，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉(zhuǎn)動，并傳動一定動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖吸振等特點，所以此次設(shè)計中選用了帶傳動。
在帶傳動中，常用的有平帶傳動，V帶傳動，多楔帶傳動和同步帶傳動等。在一般機械中，應(yīng)用最廣的是帶傳動。V帶傳動較其它帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。這是V帶傳動的主要優(yōu)點。因此，我選用了V帶傳動。
(1)計算功率
Pi=N=1.1×5.5=6.05kw
式中: Kg=工作情況系數(shù) Kg=1.1
(2)膠帶型號的選擇
根據(jù) Pi=6.05kw及n1=1440r/min
由參考文獻[1]圖8-8選定B型膠帶
(3) 傳動比為i=2.16 ；
(4)小帶輪直徑D1的確定
根據(jù)參考文獻[1]圖8-8選 =123mm
(5)大帶輪直徑D2的計算
=i（1-）=2.16100（1-0.01）=265.74mm
其中，——小帶輪直徑（mm）；
i ——傳動比；
——彈性滑動率；
由表8-9可查得，大帶輪直徑為266mm。
(6)帶速V
V=πn/(60×1000)=3.14×100×1440/（60×1000）=7.536m/s
速度在5～25 m/s的范圍內(nèi)，合適
(7) 初定軸間距a0
0.7(+)≤a0≤2(+)
0.7(123+266)≤a0≤2(123+266)
282.3≤a0≤778
取a0=560mm
(8)初算膠帶基準(zhǔn)長度L0
L0=2 a0+π(+)/2+(-)2/4a0
=2×300+π(266+123)/2+(266-123)2/(4×560)
=600+610.73+9.12
=1219.85mm
選取基準(zhǔn)長度Li=1250mm
〈查參考文獻[1]表8-2〉
(9) 實際中心距a
a=a0+(Lp-L0)/2=300+(1250-1219.85)/2
=398mm
(10)小帶輪包角α1
α1=－60×（-）/a
=－60×(266-123)/398
=> 合適
(11)單根膠帶傳遞的功率N0
根據(jù)：n1=1440r/min =100mm
查得 P0=1.32kw〈查參考文獻[1]表8-5a 〉
(12)單根膠帶傳遞功率的增量△P0
根據(jù) i=n1/n2=960/255=3.76 n1=960r/min
查得△P0=0.15 kw〈查參考文獻[1]表8-5b〉
(13)膠帶根數(shù)
Z=
==2.96
取Z=3
式中Kα －包角系數(shù)Kα =0.91KL〈查參考文獻[1]表8-8〉
KL －長度系數(shù)KL =0.91 〈查參考文獻[1]表8-8〉
(14)單根膠帶的預(yù)緊力F0
F0=500（）+m
=500（）+0.1×
=146.05N
式中：q－皮帶每米長的重量
q=0.1kg/m〈查參考文獻[1]表8-4〉
(15)帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
1.小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸確定
由所選電機的類型，Y132S-4型三向異步電動機。起軸伸直徑d=38mm，長度L=88mm，故小帶輪軸孔的直徑應(yīng)取=38mm，轂長應(yīng)小于88mm。
由表14-18查得，小帶輪應(yīng)為實心軸。輪槽尺寸及輪寬應(yīng)按表14-16計算，可得=11mm，=3mm，=11mm，e=15mm，=10mm，=6mm。
=80mm。取。
2.大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸確定
根據(jù)小帶輪尺寸的選定，以及以上關(guān)于帶輪傳動的計算和減速器的結(jié)構(gòu)尺寸，可得，=14mm，=3mm，=15mm，e=19mm，=12mm，=7.5mm。
=120mm。取
4.9 軸的設(shè)計和強度校核
材料：40Cr
機械性能：調(diào)質(zhì)后
σb=7500N/cm2 σs=5200 N/ cm2
E=210 E= 37000N/ cm2
4.9.1 估算軸徑d
d≥A（P/W）1/3 =5×10-3（5.5×103/255）1/3=0.0453m
式中:A－與材料有關(guān)的系數(shù)
A =5×10-3
考慮開鍵槽應(yīng)增大10～15%，然后將軸徑圓整，取軸徑d=48cm
4.9.2軸的受力分析
(1) 由于皮帶傳動產(chǎn)生的作用力Q
Q=1781.8N
Qx=Qcosθ=1781.8cos19.5○=1679.6N
Qy=Qsinθ=1781.8sin19.5○=594.8N
(2) 由于缸內(nèi)壓力對軸的作用
假設(shè)條件:
(a) 只計算缸內(nèi)的作用力,其它構(gòu)件的慣性力忽略不計,因軸的轉(zhuǎn)速較低..
圖4.5 軸受力圖
(b) 由于法向力所引起的產(chǎn)生應(yīng)力,切向力所引起的切向應(yīng)力及起扭轉(zhuǎn)
產(chǎn)生的切應(yīng)力是同時存在.
(c) 偏心裝置上產(chǎn)生的力如圖4.5所示
(d) 切向力T:
T=Psin(α+β)/cosβ
法向力Z:
Z=Pcos(α+β)/cosβ
式中：
α－偏心角度
β－連桿的偏角
由于缸內(nèi)壓力所引起的連桿偏心機構(gòu)的力是變化的，通過對泵軸的受力分析，可知當(dāng)αE=360○時ZE=Zmax，TZ=0，缸正處于排液狀態(tài)，軸受力最惡劣，其中
L/sin60○=γ/sinβ
即sinβ=γsin60○/L=25/（190×2）=0.11395
β=6.54○ βF=βD=β
高壓缸:ZE=π×5.52×200/4=4749.25N
TE=0
ZD=πD2P cos(αD+βD)/（4 cosβD）=2827.25N
TD=πD2P sin (αD+βD)/（4cosβD）=3851.6N
低壓缸:ZF=πD2P cos (αF +βF)/（4cosβF）=141.36N
TF=πD2P sin (αF +βF)/（4cosβF）=192.58N
將以上各力分別向水平及垂直面上投影,見圖4.6a
XD= ZD cos30○－TD cos60○=522.7N
YD= ZD sin30○－TD sin60○=4748.2N
XE= 0
YE= 4749.25N
XF = Z F cos 30○－TF cos 60○=235N
YF = ZF SIN30○+ TF SIN 60○=237N
由于TD ,TF而產(chǎn)生的扭矩
MND=TDγ=3851.6×25×10-3=96.29N·m
MNF=TFγ=192.58×25×10-3=4.8N·m
軸所傳遞的扭矩
M=N/W=30×4×103/(3.14×255)=149.79 N·m
(3)各支點反力
X平面見圖5.7a
∑MA=0
QX×74+XD×152.5+XF×245.4－XB×305=0N
XB=(1709×74+522.7×152.5+26.1×245.5)/305=697N
∑X=0
XA= XB+ QX－XD－XF=697+1709－522.7－261=1857.2N
Y平面見圖5.7a
∑MA=0
QY×74+YE×59.5+YD×152.5－YF×245.5－YB×305 =0N
YB=(589×74+4749.25×59.5+4748.2×152.5－237×245.5)/305=3253N
∑Y=0
YA=YE+YD－QY－Y
=4749.25+4748.2－589－237－3253=5417.4N
圖4.6a水平面彎矩
圖4.6b垂直面彎矩
圖4.6c合成彎矩
(4)彎矩
水平面見圖4.6a
MXA =－QX×74×10-3=－1707×74×10-3=126.4 N·m
MXE=(－QX×135.5－XA)=(－1709×319.5+1857.2×545)×10-3=117.6N·m
MXF=(－QX×319.5+ XA×245.5+ XD×93)×10-3
=(－1709×319.5+1857.2×245.5+522.7×93)×10-3=41.4 N·m
MXD=(－QX×226.5+XA×125.3)×10-3
=(－1709×226.5+ 1857.2×125.3)×10-3=104.2 N·m
MXC=0 MXB=0 垂直面見圖4.6b
MYA=－QY×74×10-3=－589×74×10-3=－43.6 N·m
MYE=(－QY×133.5－YA ×59.5)×10-3=(－589×133.5－5419×59.5) ×10-3=－401 N·m
MYD=(－YB×152.5－YF×93)×10-3=(－3253×152.5×237 ×93)×10-3=－518.1 N·m
MYF=－YB×59.5×10-3=－3253×59.5×10-3
=－193.6 N·m
MYB =0 MYC=0
合成彎矩見圖4.6c
MA =( MXA2+ MYA2)1/2=( 126.42+ 43.62)1/2=133.7N·m
ME =( MXE2+ MYE2)1/2=(117.62+ 4012)1/2=417.9N·m
MD =( MXD2+ MYD2)1/2=(104.22+ 518.12)1/2=528.5N·m
MF =( MXF2+ MYF2)1/2=(41.42+ 193.62)1/2=197.9N·m
最大彎矩
MMAX = MD =528.5N·m
最大扭矩
MnMAX = MND + MNF =96.29+4.8=101.09N·m
4.9.3 驗算軸徑
由資料查得 40Cr d≤100mm時
σb=7500N/cm2 σs=5200N/cm2
σ-1=37000N/cm2 H=241～286
D截面 K=1.71 kτ=1.465
K=1.95 kτ=1.795
應(yīng)用過盈配合公式
d≥
Mwa= MD =528.5 N×M=52850 N·cm
Mna= MNMAX /2=101.09/2=50.545 N·m =5054.5 N·cm
==0.69%
取[S]=1.8
[σ-1]=σ-1/[S]=37000/1.8=20550 N/ cm2
d≥=44.69
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