MRB—100 32乳化液泵是三柱塞臥式往復(fù)泵畢業(yè)設(shè)計

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I摘要乳化液泵站是為液壓單體液壓支柱、輸送機用的液壓缸等液壓設(shè)備，提供高壓工作液的動力源。是保證工作面正常生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵設(shè)備。MRB—100/32 乳化液泵是三柱塞臥式往復(fù)泵。本設(shè)計包括乳化液泵的壓力、流量、曲軸轉(zhuǎn)速、柱塞直徑和行程、輸入功率、連桿系數(shù)等參數(shù)的選擇。正確的確定了泵的參數(shù)以后，決定乳化液泵工作不性能好壞的關(guān)鍵是合理的選擇結(jié)構(gòu)方案。MRB—100/32 型乳化液泵傳動部分采用“飛濺潤滑”，在運轉(zhuǎn)過程中曲軸箱潤滑油同時飛濺至油池，通過油池底部三個孔經(jīng)導向銅套注入運動著的連桿小頭銅套與滑塊銷間以及滑塊與滑道孔間，保證了良好的潤滑。高壓鋼套柱塞采用潤滑油或調(diào)稀的二硫化油脂潤滑。設(shè)計的主要內(nèi)容，也是說明書的主要部分，就是泵的主要零件的設(shè)計與校核計算。其中主要包括齒輪設(shè)計計算、齒輪軸的校核計算、連桿和連桿螺栓的設(shè)計計算、曲軸的設(shè)計計算等。關(guān)鍵詞：乳化液泵；齒輪；曲軸；IIAbstractEmulsion pump station for hydraulic prop, the conveyor with hydraulic equipment such as hydraulic cylinders to provide high-pressure work of the power source. Face is to ensure that normal production and improve the productivity of key equipment. The emulsification pump of MRB—100/32 is a pump with three-piston–rod which is coordinate and radial. The key to design well is choosing the main parameters reasonably and correctly which involve the pressure, flow, crank rotational speed, the journey and diameter of the piston rod, the input power, the modulus of the connecting rod, and so on. Corresponding with the three-piston-rod, there are three groups of incoming and outgoing valves. After ascertaining the parameters, the chose of the scheme of the structure becomes the key. The emulsification pump of MRB—100/32 transmission of the use of “flying lubrication,“ in the functioning of the process of crankcase oil while flying to the oil pool, through the oil pool at the bottom of the three sets of holes into the copper-oriented campaign in the first link on the copper Sets and sales between the slider and slider and chute holes to ensure a good lubrication. High-pressure steel plunger used lubricants or dilute the two-sulfide lubricating oilsThe main design which also is the most important part of the exponent is the calculation of several main components. It involves the design and calculation of the gear, the axes, the connecting rod, the bolts and the crank.Key words: emulsification pump gear cranIII目錄 摘要 .IAbstract II第 1 章 緒論.11.1 課題意義 11.2 幾種國內(nèi)外乳化液泵的主要技術(shù)參數(shù)比較 11.3 本課題的設(shè)計參數(shù) 4第 2 章 乳化液泵主要參數(shù)的確定.6第 3 章 結(jié)構(gòu)方案的確定.103.1 整體結(jié)構(gòu)的確定 103.2 傳動裝置及傳動箱結(jié)構(gòu) 113.2.1 傳動裝置 .113.2.2 傳動箱結(jié)構(gòu)123.3 傳動機構(gòu)各部件 123.3.3 其他14第 4 章 各主要零件的設(shè)計計算.214.1 齒輪設(shè)計計算 214.1.1 齒面接觸疲勞強度計214.2 齒輪軸的設(shè)計計算 274.2.1 齒輪軸受力及彎矩、扭矩圖274.2.2 齒輪軸的強度校核294.3 曲軸的設(shè)計計算 324.3.2 曲柄滑塊機構(gòu)的受力分析344.3.3 曲軸強度計算354.4 連桿和連桿螺栓的設(shè)計計算 424.4.1 連桿主要尺寸的確定424.4.2 連桿強度校核464.4.3 連桿體的穩(wěn)定性計算464.4.4 連桿大頭蓋的強度校核474.4.6 連桿螺栓的計算504.5 滑塊及滑塊銷的計算 534.5.1 滑塊及滑塊銷結(jié)構(gòu)主要尺寸的確定534.5.2 滑塊及滑塊銷強度校核554.5 柱塞強度及穩(wěn)定性計算 564.5.1 柱塞強度的校核56IV4.6 滾動軸承的核驗計算 57結(jié)論.58致謝.59參考文獻.60附錄 161附錄 2681第 1 章 緒論1.1 課題意義化液泵站是綜合機械化采煤工作面的主要設(shè)備之一，是一種把機械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗艿哪芰哭D(zhuǎn)換裝置。綜采工作面的液壓支架之所以能夠支撐頂板，并能實現(xiàn)推溜、移架、調(diào)架、護壁、側(cè)護、防滑等動作，都是乳化液泵站供給的壓力液使各種千斤頂動作的結(jié)果。所以說，乳化液泵站是液壓支架的動力源。如果我們把向液壓支架供液及向乳化液泵站回液的管道比作血管的話，那么乳化液泵站就好像人體的心臟，它源源不斷地向液壓支架輸送著高壓液體，而支架動作中的回液又從回液管路流回到乳化液泵站的乳化液箱中。除液壓支架靠乳化液泵站供給的壓力液工作外，在某些綜采工作面，可彎曲刮板輸送機的緊鏈液壓馬達、采煤機牽引鏈的張緊千斤頂、橋式轉(zhuǎn)載機的固定與推移千斤頂，以及工作面上、下出口處超前支護用的單體液壓支柱等，都是靠乳化液泵站供給的高壓液工作的。由此可見，乳化液泵站在綜采工作面占有十分重要的地位，是保證工作面正常生產(chǎn)、提高生產(chǎn)率的關(guān)鍵設(shè)備，而其核心部分為乳化液泵。所以乳化液泵性能的好壞，對綜采工作面的安全產(chǎn)量起著非常重要的作用。隨著采煤工作面綜合機械化的迅速發(fā)展，乳化液泵在以下幾個方面也存在著技術(shù)改革和改型設(shè)計的問題。1、增大輸出流量和工作壓力。2、提高容積效率和機械效率。3、 簡化結(jié)構(gòu)和加工方法，降低成本，改善工作的可靠性和耐用度。1.2 幾種國內(nèi)外乳化液泵的主要技術(shù)參數(shù)比較表 2-1 同類乳化液泵技術(shù)特性參數(shù)型 號額定壓力MPa最高壓力MPa額定流量L/min電機功率kW傳動裝置傳動比I柱塞直徑mm柱塞行程mm曲軸偏心距mm曲軸轉(zhuǎn)速rpm外形尺寸mm泵重kg2PRB(太原煤研所)35 80 55一級圓柱齒輪47/17 32 68 34530792×596×388385RB—1(太原煤研所)10 100 22一級圓柱齒輪55/19 42 80 40330720×596×375XRB2B(無錫煤機廠)20,358055，75一級圓柱齒輪54/19 32 70 35517760×680×420400RB-45/100(南京煤機廠)10 120 45一級圓柱齒輪59/17 35 40 20423670×580×3403型 號額定壓力MPa最高壓力MPa額定流量L/min電機功率kW傳動裝置傳動比i柱塞直徑mm柱塞行程mm曲軸偏心距mm曲軸轉(zhuǎn)速rpm外形尺寸mm泵重kgHA-50/200(捷克)20 250 78.4 30一級圓柱齒輪51/13 32 90 45362885×640×385450KD-613G(西德)35 80 55一級圓柱齒輪3.87；3.3；2.6532 , 42,48, 60,6570 35258~ 600DowtY(英國)14.1 175 72.75 37.5蝸桿傳動870×40×7114764MEPP-3000GB(日本)30 100 75一級圓柱齒輪99/21 42 90 45310.81223×1059×910EHP-3K 300/62（德國）38 444 315一級圓柱齒輪3.067 62100 504893500×1300×19004300S375(英國)35. 0 37.5 430 280一級齒輪2.297 70 60 306533172×1222148839751.3 本課題的設(shè)計參數(shù)本設(shè)計 MRB—100/32 型乳化液泵為三柱塞并列臥式徑向柱塞泵。泵頭裝5有三組吸、排液閥。泵頭與箱體之間有三組密封填料函組件，用來保持柱塞缸體內(nèi)部的密封性。柱塞后端通過滑塊與傳動裝置連接?；瑝K用來為柱塞導向。表 1 MRB—100/32 型乳化液泵主要技術(shù)參數(shù)表公稱壓力 bPMPa 32公稱流量 QL/min 100電機公稱功率 N kW 75設(shè)定容積效率 v?0.92設(shè)定總效率 0.88柱塞直徑 d mm 38柱塞行程 S mm 70曲軸轉(zhuǎn)速 n rpm 456柱塞行程直徑比 S/d 1.84柱塞往返平均速度 mVm/s 1.06實際輸入功率 N kW 62.3曲柄半徑 R mm 35連桿長度 L mm 235連桿系數(shù) =R/L?0.146第 2 章 乳化液泵主要參數(shù)的確定設(shè)計好乳化液泵的關(guān)鍵在于合理地、正確地選擇泵的主要參數(shù)。乳化液泵的主要參數(shù)包括有壓力、流量、曲軸轉(zhuǎn)速、柱塞直徑和行程、輸入功率和連桿系數(shù)2.1 額定壓力與額定流量著綜合機械化的發(fā)展和液壓支架向高壓化方向發(fā)展的趨勢，乳化液泵的工作壓力正在逐漸提高。采用高壓乳化液泵的優(yōu)點是可以提高液壓支架的初撐力，并可減小液壓支架立柱的徑向尺寸。目前的國產(chǎn)乳化液泵的額定壓力大都在20MPa 左右。高壓乳化液泵的壓力在 30MPa 以上。國外的高壓乳化液泵已達40MPa 以上。乳化液泵的額定壓力和額定流量分別是由液壓支架的初撐力和支架油缸的尺寸和移架速度而定的，但在本設(shè)計中均是由設(shè)計任務(wù)書給定。2.2 驅(qū)動功率(2-1))(3.629.061320kWQPNmvb????式中， 、 、 分別為總效率、容積效率和機械效率。設(shè)計時，取=0.90～0.95， =0.90～0.95，或根據(jù)有關(guān)手冊選取，也可按同類泵的效率v?m估計。選用的電機額定功率應(yīng)接近計算值。并且要選用防爆電動機。本設(shè)計方案取 =0.92， =0.93， =0.88, 選用YB315S 型防爆型電動機，額v?定功率75KW ，額定轉(zhuǎn)速為975rpm。2.3 曲軸轉(zhuǎn)速在流量確定之后，曲軸轉(zhuǎn)速越高，柱塞行程就越小，泵的體積就越小，但要注意解決潤滑問題。一般乳化液泵的曲軸轉(zhuǎn)速均在 330～520 rpm 之間。為了減小吸液流速，防止氣蝕和提高吸液能力。曲軸轉(zhuǎn)速不宜太高。設(shè)計時可先確定傳動比，或先確定傳動齒輪的齒數(shù)。根據(jù)所選電動機轉(zhuǎn)速求出曲軸的轉(zhuǎn)速。設(shè)主動齒輪和從動齒輪齒數(shù)為 , ，電動機轉(zhuǎn)速為 ，則曲軸轉(zhuǎn)速為：1Z21n7(2-2) )(4567039212 rpmZni???2.4 柱塞直徑和柱塞行程了使乳化液泵的流量脈動減小，而結(jié)構(gòu)又要簡單緊湊，曲軸受力均勻。一般采用三個柱塞。柱塞直徑和柱塞行程根據(jù)額定流量及曲軸轉(zhuǎn)速計算。設(shè)計時，先確定一個，然后通過計算確定另一個。柱塞直徑 d= (mm) (2-3)624103SvQn???柱塞行程 S= (mm) (2-4)62vd一般乳化液泵的柱塞尺寸為 d=32～55mm，S=40～90mm。設(shè)計時可在此范圍內(nèi)選取標準值。確定了柱塞的直徑和行程以后，還要進行強度驗算穩(wěn)定性校核。為了使乳化液泵的流量脈動減小，而結(jié)構(gòu)又要簡單緊湊，曲軸受力要均勻。一般采用三個柱塞。曲軸轉(zhuǎn)速 （即柱塞每分鐘往復(fù)次數(shù)）和柱塞行程 S 決定2n了柱塞的往復(fù)運動平均速度 。mV(m/s) (2-5)32S10mnV???柱塞的運動速度直接影響著密封元件的壽命。一般乳化液泵的柱塞平均速度最低為 0.54 m/s，最高為 1.3 m/s。設(shè)計時可控制在 0.5～1.5 m/s 以內(nèi)。柱塞直徑 d 既決定了排量，又決定了曲軸承受的載荷，直接影響著曲柄連桿機構(gòu)的強度。前者要求 d 取較大值，后者要求 d 取較小值，設(shè)計時可根據(jù)S/d= 1.4～3 確定。本設(shè)計中，先取 s/d=1.8，代入 Q=100L/min, =446r/min, =0.93,故2nv?d=38mm，故 s=70mm。柱塞的運動速度直接影響著密封元件的壽命。一般乳化液泵的柱塞平均速度最低為 0.54 m/s，最高為 1.3 m/s。設(shè)計時可控制在 0.5～1.5 m/s 以內(nèi)。柱塞直徑 d 既決定了排量，又決定了曲軸承受的載荷，直接影響著曲柄連8桿機構(gòu)的強度。前者要求 d 取較大值，后者要求 d 取較小值，設(shè)計時可根據(jù)S/d= 1.4～3 確定。本設(shè)計中，先取 s/d=1.8，代入 Q=100L/min, =446r/min, =0.93,故2nv?d=38mm，故 s=70mm。2.5 連桿系數(shù)連桿系數(shù) =R/L，其中 R 為曲軸偏心距，即曲柄半徑；L 為連桿長度，即?連桿大端至小端的中心距。 值越大，機器外形尺寸越小，但作用于導向滑板?上的力增大，而且連桿運動時可能與滑板發(fā)生干擾。反之， 值越小，則機器?外形尺寸越大。 的取值范圍一般為 0.1～0.2。本設(shè)計方案中， ?????cosLRLS????而 令R??sinsi???得 ??????????????2cos14cos1S式中：L——連桿長，R——曲柄長，L=235mm,R=35mm 14.0?LR?9表 2-2 MRB100/32 型乳化液泵主要技術(shù)參數(shù)表bPMPa 32公稱流量 QL/min 100電機公稱功率 N kW 75設(shè)定容積效率 v?0.92設(shè)定總效率 0.88柱塞直徑 d mm 38柱塞行程 S mm 70曲軸轉(zhuǎn)速 n rpm 456柱塞行程直徑比 S/d 1.84柱塞往返平均速度 mVm/s 1.06實際輸入功率 N kW 62.3曲柄長 R mm 35連桿長度 L mm 235連桿系數(shù) =R/L?0.1410第 3 章 結(jié)構(gòu)方案的確定正確的確定了泵的參數(shù)以后，決定乳化液泵工作性能好壞的關(guān)鍵是合理的選擇結(jié)構(gòu)方案。結(jié)構(gòu)方案的確定是泵設(shè)計過程中重要的一環(huán)，對乳化液泵的經(jīng)濟，技術(shù)指標是否先進，運轉(zhuǎn)是否安全可靠均有重要的影響。根據(jù)總體要求，結(jié)構(gòu)方案確定的任務(wù)是: 1、選擇合適的泵型和結(jié)構(gòu)。2、確定主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)。3、選擇合適的原動機或驅(qū)動方式。4、初步確定泵的附屬設(shè)備和整體布置。結(jié)構(gòu)方案一經(jīng)確定，即可進行工作圖的設(shè)計，其設(shè)計的任務(wù)是：根據(jù)結(jié)構(gòu)方案已初步確定下來的主要零部件尺寸，輪廓和基本結(jié)構(gòu)形式，繪制總體和部件的裝配圖，各零件的工作圖，擬定產(chǎn)品型號，編制必要的技術(shù)文件，同時完成各主要的零部件的強度校核工作。在通常情況下，泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循以下的基本原則：1、有足夠長的使用壽命和足夠的運轉(zhuǎn)可靠性。2、有較高的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性。3、盡可能采用新結(jié)構(gòu)，新技術(shù)，新材料。4、制造工藝性能好。5、使用，維修，檢修方便。6、 外形尺寸和重量盡可能小。3.1 整體結(jié)構(gòu)的確定乳化液泵一般均為三柱塞并列臥式徑向柱塞泵。由泵體和傳動裝置組成，泵頭有三組吸、排液閥。泵頭與箱體之間有三組密封填料函組件，用來保持柱塞缸體內(nèi)部的密封性。柱塞后端通過滑塊與傳動裝置聯(lián)接，滑塊用來為柱塞導向。目前，國內(nèi)外在煤礦井下工作的液壓支架動力源用的乳化液泵大都是由電動機驅(qū)動的，曲柄連桿機構(gòu)原理的往復(fù)式柱塞泵，經(jīng)一級齒輪減速，由曲軸，連桿通過滑塊拖動柱塞往復(fù)工作，此結(jié)構(gòu)工作可靠，效率高。為滿足綜合采煤的需要，本設(shè)計同樣采用此結(jié)構(gòu)。從減速形式來看，MRB—100/32 型乳化液泵采用一級直齒圓柱齒輪減速，它效率高，不易發(fā)熱，加工制造簡單，且考慮到裝配維修的方便，將該減速齒輪副置于箱體外端，這樣使箱體結(jié)構(gòu)更加緊湊。為了提高泵的總效率，應(yīng)保證各運動副的潤滑良好。本設(shè)計曲柄銷與連桿11軸瓦，連桿小頭端襯套以及滑塊與道軌，齒輪副均采用飛濺潤滑，自然循環(huán)，高壓鋼套柱塞采用潤滑油或調(diào)稀的二硫化油脂潤滑。3.2 傳動裝置及傳動箱結(jié)構(gòu)3.2.1 傳動裝置乳化液泵的傳動裝置一般有兩種結(jié)構(gòu)型式：1、一級圓柱齒輪（直齒或斜齒）傳動及曲軸連桿滑塊機構(gòu)；2、蝸桿蝸輪及曲軸連桿滑塊機構(gòu)。采用圓柱齒輪傳動的乳化液泵有以下幾種型式。如圖 3.1(a,b,c,d)(a)(b)(d)(c)圖 3-1 乳化液泵圓柱齒輪傳動型式圖中主動軸、曲軸的位置是展開后的情況。實際上主動軸是位于曲軸的上方或右側(cè)。這樣可以縮短箱體的長度，使結(jié)構(gòu)緊湊。圖（c）和（d）中采用兩對齒輪傳動，不僅可以使每一對齒輪的負荷減輕，而且曲軸受的扭矩也比較均勻。但結(jié)構(gòu)比（a ） 、 （b）復(fù)雜。另外，圖（ d）中將曲軸的曲柄與從動齒輪制成一體，也就是將曲柄擴大為圓柱齒輪，這種結(jié)構(gòu)不但非常緊湊，還可以減小曲軸靜不平衡的重徑積，有利于曲軸的靜、動平衡。這種結(jié)構(gòu)雖然比較簡單，但增加了加工工藝的復(fù)雜性。當齒輪或曲軸遭到磨損時，必須更換整個曲軸。當然，也可以將大齒輪做成齒輪圈，套裝在曲柄圓盤上。采用蝸桿傳動的乳化液泵如圖 3.2 所示。這種結(jié)構(gòu)用得較少。主要用于英12國。例如英國得 T—50 型乳化液泵和 Dowty 液壓支架的乳化液泵均為這種型式。在這種乳化液泵中，曲軸的曲柄也是制成圓盤形，將蝸輪裝在中部曲柄上。這樣做的目的也是為了改善曲軸的靜、動平衡，并能起一定的飛輪作用，增加了運動的平衡性。蝸桿傳動的傳動比大，而結(jié)構(gòu)緊湊，但效率低。為了提高嚙合效率，必須增大蝸桿的螺旋升角。但大升角的蝸桿難于制造。圖 3-2 乳化液泵蝸桿傳動型式3.2.2 傳動箱結(jié)構(gòu)從國外同類型泵來看，傳動箱的形式主要有兩種：一是以 RB 為代表的沿著曲軸、齒輪中心線成斜開面解體式，其拆檢方便，但大斜面需要刮削加工，并需加密封墊，而在高壓下強度不夠。二是以西德 KD-613G 為代表的封閉式，這種結(jié)構(gòu)鑄造困難，不好清砂，但為了確保高壓下有足夠的強度，本設(shè)計傳動箱仍采用封閉式，其傳動軸軸承孔采用專用鏜床加工，并用雙列向心圓柱滾子軸承，足以保證傳動精度。3.3 傳動機構(gòu)各部件傳動機構(gòu)主要是由傳動齒輪、曲軸、連桿、滑塊、柱塞組成。在選擇和設(shè)計傳動機構(gòu)時，應(yīng)遵循以下原則：1、傳動機構(gòu)所屬主要的零，部件必須滿足該泵最大柱塞力下的強度和剛度的要求。2、傳動機構(gòu)的各運動副，必須是潤滑可靠，滿足比壓，潤滑油溫升也應(yīng)13限制在設(shè)計要求之內(nèi),必要時要有冷卻設(shè)施。3、拆、裝、檢修方便。4、易損件及運動副應(yīng)工作可靠，壽命長，更換方便。5、 加工、制造工藝好。3.3.1 傳動齒輪、曲軸及軸瓦1.傳動齒輪機械傳動部分的減速直齒輪裝在曲軸減速箱內(nèi)，齒輪副的安裝孔處于一個剛性箱體上，這樣便于保證精度和剛度。小齒輪選擇 40Cr，坯料鍛造，正火處理，齒面離子氮化處理，氮化層深度≥0.3mm，硬度 HV850，采用齒輪軸結(jié)構(gòu)；大齒輪選擇 45 鋼，坯料鍛造，正火處理，齒面離子氮化處理。2.曲軸乳化液泵中常用的曲軸可分為曲拐軸、曲柄軸、偏心輪軸和“N”形軸等型式。其中曲拐軸是最常用的，其它幾種型式是在某些特定的條件下才被采用。a) 兩支承三曲拐曲軸，因其支承少，使機體的加工量減少，傳動機構(gòu)裝配也簡單。b) 曲柄軸，因傳動齒輪和兩支承夾在兩曲柄銷中間，使聯(lián)間距跨度加大，增加了泵的體積和重量且主軸承拆換困難。c) 偏心輪軸克服了曲柄軸的缺點，使聯(lián)間距減小。但因采用滾動軸承作為連桿大端軸承，徑向尺寸較大，因此仍顯笨重。d) “N”形軸，曲柄銷受力則是在該軸軸線方向，當行程最大時，阻力矩最大。綜合考慮，本設(shè)計采用兩支承三曲拐曲軸，三個曲柄銷互相間隔 120°。選材選擇 40Cr，正火處理，表面離子氮化，層深 δ≥0.3mm，軸柄銷處硬度為HV≥560。3.軸瓦一般厚壁軸瓦都帶有瓦口墊片，軸承磨損后可進行調(diào)整。薄壁軸瓦不帶瓦口墊片，軸承磨損后不能調(diào)整。薄壁軸瓦貼合面積大、導熱性能好，承載能力大，現(xiàn)在都趨向使用薄壁瓦軸承。本設(shè)計采用和汽車，拖拉機通用的鋼背高錫鋁合金軸瓦。3.3.2 連桿、滑塊以及柱塞的連接連桿包括桿體和連桿蓋兩部分。連桿大端與曲軸連接，小端通過滑塊與柱塞連接。連桿的截面有矩形、圓形和工字型等。圓形截面的連桿體，機械加工14方便，但在同樣強度條件下，運動質(zhì)量較大。工字型截面的連桿，在同樣強度條件下，運動質(zhì)量較小、毛坯可鑄造。連桿小端軸承采用整體的青銅或黃銅軸套，使小端結(jié)構(gòu)簡化。大端軸承為雙金屬軸瓦。小端也可以采用球鉸與滑塊連接。本設(shè)計，連桿采用 QT40-10 整體鑄造而成，工字型截面，小端定位，在小端軸套端面與滑塊配合端面之間取較小的間隙（0.2～0.5mm） ，而在大端軸瓦兩端面與曲柄銷的配合端面之間采用較大的間隙（2～5mm） 。大端采用剖分式結(jié)構(gòu)，小端采用圓柱銷與滑塊連接?；瑝K用 ZL108 鑄造而成，其與缸套間采用飛濺潤滑，活塞環(huán)密封。滑塊與柱塞采用半圓環(huán)連接。3.3.3 其他1、高壓缸套根據(jù)泵的使用情況，高壓缸套采用三道 V 型密封圈，密封效果良好。2、吸、排液閥及泵頭閥體是礦用乳化液柱塞泵的重要零件之一。常用的臥式三柱塞礦用乳化液泵一直沿用傳統(tǒng)的整體閥體結(jié)構(gòu)，即將 3 組缸套組件、3 組吸液閥組和 3 組排液閥組安裝在同一只閥體零件上。這種整體閥體零件的結(jié)構(gòu)尺寸較大、工藝性較差，且存在著嚴重的過定位現(xiàn)象。隨著煤礦綜合機械化采煤技術(shù)的發(fā)展,要求礦用乳化液泵的流量不斷增大。臥式三柱塞礦用乳化液泵主要是依靠增加柱塞直徑的方法來增大泵的流量的，這就使得整體閥體零件的結(jié)構(gòu)尺寸越來越大，結(jié)構(gòu)缺陷也越來越突出，客觀上促進了人們?nèi)ヌ剿鏖y體零件的新結(jié)構(gòu)。上世紀 90 年代末期，我國自行研制了臥式五柱塞礦用乳化液泵。它一改過去靠增加柱塞直徑來增大泵的流量的傳統(tǒng)方法，而采用增加柱塞數(shù)目的方法來增大泵的流量。這種臥式五柱塞礦用乳化液泵，采用了分離式的閥體結(jié)構(gòu)。這種分離式閥體結(jié)構(gòu)是在一只閥體零件上只安裝一組缸套組件，即一組吸液閥組和一組排液閥組，使閥體零件的結(jié)構(gòu)尺寸大大減小，具有顯著的經(jīng)濟效益。(1) 分離式閥體的優(yōu)點a) 材料性能得到改進整體閥體和分離閥體的材料通常都用 45 鋼,但二者的材料毛坯不同。整體閥體通常采用橫截面尺寸在 250mm×250mm 以上的方鋼作為毛坯材料。這種大截面的方鋼多采用鑄造鋼錠直接鍛造而成，盡管在工藝上安排了切除鑄錠的料頭和料尾，毛坯材料中仍會殘存著較多的鑄造組織缺陷，如氣孔、縮松及晶粒粗大等。而分離閥體通常采用 150mm 的熱軋圓鋼作為毛坯材料。這種熱軋圓15鋼一般要由鑄造鋼錠經(jīng)過 2 次軋制而成，可以消除鑄造鋼錠中的某些缺陷，如氣孔、縮松等。它能被較好地壓合，材料的組織致密度能得到改善，可使鑄態(tài)金屬中的粗大枝晶和柱狀晶破碎，材料的機械性能得到提高。故分離閥體的毛坯材料在組織和性能上優(yōu)于整體閥體的毛坯材料。b) 鍛造工藝得到改進整體閥體和分離閥體的零件毛坯都是采用自由鍛造的工藝成形的，但二者的鍛造工藝要求不同。整體閥體屬于高度小、截面大的方形盤類零件，鍛造工藝以鐓粗工序為主，即減低工件材料高度，增大其截面積，鍛造壓力主要沿一個方向進行。分離閥體屬于長而截面小的方形軸類零件，鍛造工藝以延伸工序為主，即縮小工件材料截面積、增加其長度，鍛造壓力沿垂直于長度方向的兩個方向進行。故分離閥體的材料塑性優(yōu)于整體閥體的材料塑性。c) 加工質(zhì)量得到保證1）整體閥體和分離閥體都是以孔類尺寸要求作為主要加工內(nèi)容的，但二者的設(shè)計要求和加工要求有所不同。整體閥體由于安裝有 3 只缸套,且這 3 只缸套又要與箱體上的 3 個缸套孔相配合，形成了過定位結(jié)構(gòu)。為盡量減小過定位干涉現(xiàn)象，整體閥體零件相鄰缸套孔的位置尺寸需給出足夠精度的誤差要求，并在加工中予以保證。而分離閥體只安裝 1 只缸套，相鄰缸套間無剛性聯(lián)系，其相互位直至由箱體零件尺寸要求保證即可，故分離閥體不存在相鄰缸套孔位置尺寸要求。2）閥體零件上的孔類尺寸大部分是在普通車床上加工的，特別是吸液閥組壓蓋或排液閥組壓蓋采用螺紋壓緊結(jié)構(gòu)時，由于閥體上的螺紋孔直徑較大，必須在普通車床上車制螺紋，以保證螺紋的精度和承載能力。整體閥體零件上有 3 組孔類尺寸，其中有 2 組孔類尺寸是不對稱分布的，因而在車加工時必須使用一個結(jié)構(gòu)復(fù)雜且笨重的有 3 個工位的車夾具，使整體閥體零件的加工精度受到較大的累計誤差影響；而且由于零件和夾具的不對稱性，雖采取一些配重措施，仍會有不平衡的慣性離心力使得整體閥體零件的孔類尺寸，包括內(nèi)螺紋尺寸出現(xiàn)橢圓誤差。而分離閥體零件只有一組孔類尺寸，且呈對稱分布，在單件小批生產(chǎn)條件下，可直接在四爪卡盤上找正定位進行車加工，在大批量生產(chǎn)條件下只需采用一個工位的車夾具即可進行車加工，使累計誤差的影響減小，慣性離心力的影響消失。d) 裝配質(zhì)量得到保證整體閥體由于過定位干涉，在閥體、缸套和箱體零件間產(chǎn)生裝配應(yīng)力。這種裝配應(yīng)力降低了閥體零件的承載能力，加劇了缸套零件的疲勞破壞，是閥體16零件微觀裂紋擴展的主要原因之一。整體閥體的過定位干涉常會集中表現(xiàn)在某1 只缸套上，使相關(guān)零部件軸線的誤差較大，造成缸套密封的早期失效，以及柱塞與柱塞密封間嚴重偏磨等現(xiàn)象。分離閥體彼此間沒有剛性連接，閥體缸套孔中心距要求不復(fù)存在，消除了整體閥體的過定位干涉現(xiàn)象。每個分離閥體零件只安裝 1 組缸套組件，裝入閥體零件中的缸套組件可以順利地裝入箱體零件的缸套孔中，使閥體、箱體、缸套、柱塞及柱塞密封等具有良好的對中性。因此,分離閥體使產(chǎn)品的裝配質(zhì)量比整體閥體更易于保證和提高。(2) 分離閥體應(yīng)用推廣的技術(shù)效果與經(jīng)濟效益a) 閥體的微觀裂紋傾向得到消除閥體的微觀裂紋傾向，是整體閥體零件失效的主要原因。這種微觀裂紋傾向起因于閥體材料本身的微觀組織缺陷，在高壓交變應(yīng)力的作用下，隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的增加，材料的疲勞極限值下降，誘使微觀組織缺陷擴張，形成微觀裂紋傾向。閥體的微觀裂紋傾向具有隨機性。盡管閥體零件的生產(chǎn)過程已普遍采用無損探傷檢驗，但潛在的微觀組織缺陷仍難以避免，遇外部載荷條件適宜，便可發(fā)育成微觀裂紋傾向。一般說來，泵的工作壓力越高，閥體零件的幾何尺寸越大，越易于形成微觀裂紋傾向。分離閥體的輪廓尺寸較小，其體積只有相應(yīng)三柱塞乳化液泵整體閥體結(jié)構(gòu)的 1/3，閥體的微觀裂紋傾向得到有效消除。事實上，分離閥體結(jié)構(gòu)在五缸乳化液泵中應(yīng)用至今，尚未發(fā)現(xiàn)微觀裂紋傾向。b) 閥體的制造成本得到降低整體閥體零件為了保證相鄰缸套孔的位置精度要求，常常需要在鏜床上進行孔系尺寸的精加工；而分離閥體零件不存在相鄰缸套孔的位置要求，孔系尺寸只需在車床上加工即可。此外, 整體閥體零件的尺寸要求較多，有一個尺寸超差就會造成一個零件的報廢；而分離閥體減少了同一零件上尺寸要求的數(shù)量。在同樣的尺寸超差的概率條件下，分離閥體比整體閥體可減少廢品損失約2/3。因此，分離閥體結(jié)構(gòu)使制造成本得到降低。c) 整機性能得到提高d) 整體閥體結(jié)構(gòu)由于過定位干涉，在閥體、缸套和箱體零件間產(chǎn)生裝配應(yīng)力，降低其使用壽命,并使乳化液泵產(chǎn)品的整機性能受到很大影響。采用分離閥體結(jié)構(gòu)由于消除了過定位干涉和裝配應(yīng)力的影響，使裝配質(zhì)量明顯提高，促進了產(chǎn)品整機性能的提高。此外,由于分離閥體重量較輕，加工、裝配、維護亦很方便。e) 泵的噪聲小運行平穩(wěn)在檢驗過程中發(fā)現(xiàn)，與整體式三柱塞泵比較，分離式閥體結(jié)構(gòu)的五柱塞泵17具有壓力平穩(wěn)，流量均勻，互換性好，噪聲小等顯著優(yōu)點。(3) 結(jié)論分離閥體結(jié)構(gòu)已成功用于臥式五柱塞礦用乳化液泵。該泵已在全國幾十家大型礦務(wù)局推廣使用并出口，取得了十分顯著的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益。吸、排液閥采用下導向錐形閥，密封面為 2 =90°的錐面。既方便安裝又?具有互換性。閥上蓋兼有升程限制器的作用。泵頭采用 45 鍛鋼整體加工，一側(cè)排液口處裝有彈簧式安全閥，它的開啟壓力應(yīng)調(diào)節(jié)在卸荷閥卸荷壓力的 110％左右，其作用是當自動卸荷閥失靈壓力升高由它來卸荷，對泵起安全保護作用。在使用時要經(jīng)常檢查，確保閥中各件不銹蝕，各件不允許有扭卡等不正常現(xiàn)象，防止失靈。3.4 乳化液泵站的典型液壓系統(tǒng)1、XRB2B 型18圖 3-3 XRB2B 型乳化2、HA—60/200圖 3-4 HA—60/200 型乳化液泵站系統(tǒng)193、T—80/315 型圖 3.5 T—80/315 型乳化液泵站系統(tǒng)204、T —50 型圖 3-6T—50 型乳化液泵站系統(tǒng)21第 4 章 各主要零件的設(shè)計計算4.1 齒輪設(shè)計計算齒輪屬于該泵傳動系統(tǒng)中的主要承載零件之一，本設(shè)計采用由一對齒輪構(gòu)成的乳化液泵減速箱，電動機驅(qū)動，經(jīng)一級齒輪減速帶動曲軸旋轉(zhuǎn)。為使結(jié)構(gòu)緊湊，工作中無軸向分力，選擇直齒圓柱齒輪傳動。曲軸轉(zhuǎn)速 =456 rpm,電2n機轉(zhuǎn)速 =975 rpm，則 ，i=2.13 1(4.1)由于泵轉(zhuǎn)速較高，且齒輪箱局部發(fā)熱較嚴重，因而需要齒輪有較高的強度和齒面硬度。故選擇齒輪軸材料 40Cr，滲碳淬火，齒面氮化處理。大齒輪為45 鋼，齒面氮化處理。按實際情況來看，齒輪副多以齒面接觸疲勞破壞，所以本設(shè)計以接觸疲勞強度設(shè)計，以彎曲疲勞強度校核。4.1.1 齒面接觸疲勞強度計 計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié) 果1.初步計算轉(zhuǎn)矩 1T NmnN5616 10.9753.205.05.9 ?????? ＝ 601T1000Nmm齒寬系數(shù) d?查文獻，取 =0.6d?＝0d?.6接觸疲勞極限 limH?查文獻得=1limH?1210MPa 2limH=710 MPa初步計算的許用接 查文獻[ ]≈0.9 得，H?lim [ ]=1H?22觸應(yīng)力[]H?1089 MPa[ ]2H?=639 MPa值dA查文獻得 =85dA初步計算的小齒輪直徑 d1d1≥ (式 12.14)????132dHTi????＝85 329.150.7取d1＝132 mm初步齒寬b b= d1 =0.6×132?b=80 mm2.校核計算計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié) 果圓周速度v= =106?nd?10697532?=6.7vm/s精度等級 查文獻得 選 7 級精度齒數(shù) 和z模數(shù) m初取齒數(shù) =30, = 2.18×30=661z2m= / =130/30=4.71,dZ查文獻得，取 ＝4m＝4m=301z=712使用系數(shù) AK查文獻得 =1.6AK動載荷系 查文獻得 =1.0V23數(shù) VK 7齒間載荷分配系 ?HFt = N15.9246136021??dTmbFtA /0/.80 ??=[1.88-3.2(1/ +1/ )]cosβ ??1z2=1.88-3.2×(1/30 +1/64)=1.74由式 12.10，得= = =0.87?Z34??7.=1/ =1/0.87HK2?2=1.7??4 0.87Z??=1.?HK1齒向載荷分布系數(shù) H? 310bABCbd???????????= 80167. 3??? =1.HK?17計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果彈性系數(shù) EZ查文獻得 =189.8EZMPa節(jié)點區(qū)域系數(shù) H查文獻得 =2.5H接觸最小安全系數(shù) limS查文獻得 =1.25limS總工作時間 ht 3.0160?? =14400hht應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN10 ＜ ≤10 則指數(shù) m=8.787LN9由式 12.13，得 =2.551LN80?24??11max60/nLviiNtT???8.71ax//nhihiitt????3.02.50.2049767888. ??原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確。= /i=2.55 /2.13=1.452LN1881?=1.192LN810?接觸壽命系數(shù) NZ查文獻得=1.18Z=1.252N許用接觸應(yīng)力[]H?[ ]= /1H?1limNZliHS=1210×1.18/1.25 [ ]=1142 MPa1H?[ ]= /22lili=710×1.25/1.25 [ ]=710 MPa2計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果= H?EZ?12()KTubd??=189.8×2.5×0.87× 13.2913806.22?? =173.7 H?MPa＜[ 2]實際分度圓直徑 d=m =4×33=132 mm1z =132 mm1d=m =4×70=365 mm2 =280 mm225中心距 a a=( + )×m/2=（33+70）×4/21z2a=206 mm齒寬 bb=80mm =80 mm1b=90 mm2重合度系數(shù) ?Y=0.25+0.75/ =0.25+0.75/1.74?Y?? ＝0.69?Y齒間載荷分配系數(shù) ?FK1/??? 1.45FK??齒向載荷分配系數(shù) ?Fb/h=150/（2.25×5）=13.3由圖 12.14 =1.14?F載荷系數(shù) = =1.6×1.07×1.1×1.14VA?FK?=2.1469K齒形系數(shù) ?FY查文獻得 = 2.471?FY=2.252應(yīng)力修正系數(shù) ?SY查文獻得 =1.651?SY=1.762計算項目 計算內(nèi)容 計算結(jié)果彎曲疲勞極限 limF?查文獻得=870 MPa1limF?=600 MPa2li彎曲最小安全系數(shù) minFS查文獻得=1.1minFS26應(yīng)力循環(huán)次數(shù) LN3× NL≤10 ，則指數(shù) m=49.9161010?1?v????ni hiihtTt191.4max//?3.02.50.20967569141491.4 ???=1.12×101LN8原估計應(yīng)力循環(huán)次數(shù)正確N 13.2812?iL 720.5??L彎曲壽命系數(shù) NY查文獻得 =0.931NY=0.952尺寸系數(shù) xY查文獻得=1.0xY許用彎曲應(yīng)[ ]F?查文獻得[ ]= / 1F1lim?NYXminFS=870×0.93×1/1.1 [ ]=735MPa1F?[ ]= / 2Fli2XinF=600×0.95×1/1.1 [ ]=518.8MPa2F驗算 查文獻得 111FFSKTYbdm????5.439868.072605.2??＝171 MPa1F?＜[ ]