高压水射流装置的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 毕业设计说明书 题 目： 高压水射流装置的设计 学 院： . 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： . 姓 名： . 指导教师： . 完成日期： 2012 年 5 月 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 . 大 学 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目 高压 水射流装置的设计 学 号 . 学生姓名 . 专 业 机械设计制造及其自动化 指导教师姓名（职称） .（副教授） 机械设计制造及其自动化 系 主任 周友行 一、 主要内容及基本要求 高压水射流技术是 60 年代研究， 70 年代在国外开始应用的一种较新的对固体进行加工的技术。近几十年来，随着超高压泵 、液压缸及超高压传输管路等部件的发展，高压水射流加工技术正逐步走向成熟，应用范围逐渐扩大，加工材料从纸张、布料等软材料到塑料、复合材料、有色金属以及玻璃、岩石等材料。加工方式从切割、清洗到成形加工、磨削等。 本毕业设计要求设计一套完整的水射流装置，用于切割。本装置一般包括增压系统、切割系统、控制系统和过滤器等。由供水器、蓄能器、控制器、阀门、喷嘴、高压水、液压装置、增压器和水泵等组成。 二、重点研究的问题 增压系统、切割系统 三、 主要技术指标 水泵压力 4 增压器压力 300 1000 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 嘴直径 英文翻译 字数 3000 左右。 四、进度安排 各阶段完成的内容 起止时间 1 查找、收集相关论文资料 第 1 周 2 听相关讲座、报告 第 2、 3 周 3 熟悉水射流工艺 第 4、 5 周 4 水射流装置方案设计、计算 第 6、 7 周 5 水射流装置设计绘图 第 8、 9 周 6 控制系统设计绘图 第 10、 11 周 7 写设计说明书 第 12、 13 周 8 毕业答辩 第 14 周 9 10 五、应收集的资料及主要参考文献 1 刘振辉 ,杨家楷 重庆：重庆大学出版社 ,1991 2 尚增温 ,刘向阳 液压与气动 ,1999(4) 3 薛胜雄 北京 :机械工业出版社 ,1998 4 赵家瑞 石油工程建设 ,1999,10(5):15宋拥政 机床与液压 , 1993(4): 1876金庆同 航空工业出版社， 1988 7 周良德，朱泗芳，杨世平 M2008. 8 宋宝玉 M2006 9 宋宝玉 M2006. 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 V 10 王先逵 M2006. 11荣烈润 航空精密制造技术， 2002年 04期 12 温效康 磨粒高压水切割设备与工艺的试验研究、高压水射流 1993 年 第二期 13李震 汪建新 机械工程师 11 期 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 潭 大 学 毕业论文（设计）评阅表 学号 . 姓名 胡 超 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 高压水射流装置的设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量 是否适当； 研、社会等实际相结合。 能力 合归纳资料的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力 如何； 无创新之处。 综 合 评 价 该同学所完成的高压水射流装置的设计基本原理正确，。毕业设计说明书的论述合理，设计计算方法正确，格式符合要求。所绘制的装配图与零件图错误较少，基本达到工程图的要求。该同学具备了一定的专业理论的综合运用能力，正确制定设计方案和解决问题的能力，工程能力，设计能力，计算机制图，及外语能力，具备了工程师的基本素质。整个毕业设计工作体现了学科教学计划的基本要求，所完成的工作达到了本科毕业设计要求，可参与答辩。 评阅人： 2012 年 月 日 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 . 大 学 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 200896310 姓名： . 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 37 页 图 表 8 张 论文（设计）题目： 高压水射流装置的设计 内容提要： 所谓高压水射流，是将普通自来水通过高压水泵加压到数百乃至数千大气 压力 ，然后通过特殊的喷嘴（孔只有 米），以极小的速度（ 200500 米 /秒）喷 出的一股能量高速集中的水流。这一股股的小水流如同小子弹一样具有巨大的打击能量 它能够进行钢板、石材、玻璃灯非金属的切割。而且水切割的最大优势是对材料的无选 择性，它可以对任何材料进行切割。 水切割是一种冷态切割工艺，它不会破坏材料的内部组织，因此适用于贵重金属材 料的切割，我国已在炮弹切割处废、核岛容器复合材料切割作业中有所作为，而水切割 主要运用于非金属材料的切割。 本设计是设计一套完整 的水射流装置，水泵压力 412过双向高压增压泵把 普通的低压水加压到具有巨大能量的高压水，通过各种液压装置和管道把高压水输送给 蓝宝石高压喷嘴（直径 从高压喷嘴喷出的高压细水流切割胶质玻璃（长宽 900 900（ 10本装置主要运用了增压系统，切割系统和过滤器等。运用水 射流基本原理、阀门基本理论、喷嘴的基本设计等，达到切割目标材料的目的。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 导教师评语 该同 学对待毕业设计任务认真负责，积极查阅资料，认真思考解决问题的方法，并能主动和老师积极探讨。具备综合运用知识去确定设计方案，独立解决设计中问题的能力。所设计的高压水射流装置的设计原理正确，控制方法得当。所绘制图纸基本达到工程图的水平，所完成的毕业设计说明书条理清楚 、计算 正确，文字基本流畅。整个毕业设计工作量达到要求，完成质量较高，达到学士学位论文要求。 同意参加答辩。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 要 高压水射流技术是近三十年来发展起来的一项新技术，在采矿、冶金、石油、建筑、化工、市政建设、金属加工、材料的切割等方面都有很大的优势。水切割作为一种 冷态切割工艺，他不会破坏材料内部组织，因此适宜用于贵重金属材料的切割，我国已在炮弹切割处废、核岛容器复合材料切割作业中有所作为，而水切割主要应用在 非金属板材切割，市场现状使其无断点和切缝无需二次加工的特点发挥到了极致。 国际上对水射流的研究也是非常的重视的，国际水射流协会（ 在渥太华的加拿大国家技术研究院中，多年来一直与日本水射流技术协会等合作组织亚太地区国际水射流技术会议。 中国流体工程学会与国际各同行组织交往颇深，经常组织同行参加上述国际性会议，已经形成了规律性工作。近年来，由于广泛的国际合作活动和国内行业活动，学会喷射技术专业为委员会已成为名副其实的高压水射流技术信息中心。 本设计主要设计高压水切割形成的胶质 (化学 )玻璃，宽度（ 900 900）厚度（ 10）切割压力 P=412键词： 高压喷嘴；超高压增压器； 割系统；高压系统 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 X is in as a In as a it t to an so it is in of do is in is to no of to 文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 1 目录 摘要 . 一章 综 述 题的目的和意义与基础 . 3 压水射流装置的作用 . 3 压水射流切 割的工作原理： . 3 内外高压水射流的发展概括 . 4 . 4 . 5 第二章水射流理论基础 . 8 水型水射流切割 . 8 射流加工射流参数的确定 . 8 流流速的确定 . 8 流流量的计算 . 10 流功率的计算 . 10 击压力计算 . 11 嘴工作压力 . 12 流动能 . 13 高压水射流装置系统的设计 . 错误 !未定义书签。 高压水射流装置油压部分的设计 . 16 压泵的选择 . 16 动液压泵的选择 . 18 压阀的选择 . 18 道尺寸确定 . 18 压油箱的设计 . 19 却器的选择 . 20 高压水射流装置供水系统的设计 . 21 . 21 . 22 系统原理图 . 22 压器的设计 . 23 压油缸的设计 . 23 高压柱塞缸的设计 . 25 能器的选择 . 28 压管路的确定 . 28 高压密封结构的设计 . 29 高压密封结构 . 29 高压往复填料密封的设计 . 29 . 29 . 29 . 30 . 30 . 30 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 2 . 30 第三章 总结 . 31 附录：外文翻译 . 32 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 3 第一章 综 述 题的目的和意义与基础 高压水射流技术是上世纪 70 年代初在国外迅速发展起来的一门高新技术，它广泛应用于冶金、航空、机械、石油、化工、船舶、建筑、电力、市政建设等国民经济各领域，并取得了可喜的经济效益。我国从上世纪 70 年代末开始从事这一领域的研究和应用， 20多年来，这一新技术已扩展到我国工业清洗工程、除锈工程、水力切割、破碎工程采煤和石油钻采工程等领域和部门。随着应用的需要，我国的高 压水射流发生装置（高压泵、增压器）及配套部件（阀、高压软管、喷嘴、和喷头等）的研制有了长足发展，缩短了与国外的差距，基本满足了国内的需求。同时，在高压水射流理论、应用研究及产品研制中，结合我国国情，逐步发展了具有中国特色的高压水射流设备和具有自主知识产权的核心技术。 水切割作为一种冷态切割工艺，他不会破坏材料的内部组织，因此适用于贵重金属板材的切割，对此，我国已在炮弹切割处废、核岛容器复合材料作业中有所作为，而水切割主要应用在非金属板材的切割，市场现状使其无断点切割和切缝无需二次加工的特点发挥到了极致。要想 更好的利用高压水还需我们做出更大的努力和研究。 压水射流装置的作用 水射流在 70力下的流速约为 300m/s,当压力达到超高压时，流速渴望达到 1000m/s，这样就可以实现很高的切割速度。水切割一旦实现很高的压力、很小的流量作业就意味着工作台的作用力很小，这就使得切割喷嘴很容易安装在机械手上，实现计算机控制下三维复杂的高精度切割 。 压水射流切割 的工作原理： 高压水射流切割原理是将水增至超高压 100420节流小孔（ 5. 使水压热能转变为水压动能（流速高达 8001000mm/s）。用这种高买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 4 压密集的水射流进行切割。磨料水射流切割则是再往水射流中混入磨料粒子，经混砂管形成磨料射流进行切割。在挣料射流中，水射流作为载体使磨料粒子加速，由于磨料质量大、硬度高，磨料水射流较之水射流其射流动能更大，切割效能更强 。 内外高压水射流的发展概括 人们认识水射流应该还是从水的冲刷开始的。大雨能把田地冲出一道水沟，能剥落山岩，甚至能造成泥石流。河道 出口久而久之便冲击成了三角洲。水对大自然的鬼斧神工表现在三个方面：使材料破裂、流动、去除。高压水射流是上个世纪 70 年代发展起来的一门高新技术，国际上对水射流的研究也是非常的重视的，国际水射流协会（ 在渥太华的加拿大国家技术研究院中，多年来一直与日本水射流技术协会等合作组织亚太地区国际水射流技术会议。 中国流体工程学会与国际各同行组织交往颇深，经常组织同行参加上述国际性会议，已经形成了规律性工作。由于起步晚中国与其他国家的差距还有的。近年来，由于广泛的国际合作活动和国内行业活动，学会喷射技 术专业为委员会已成为名副其实的高压水射流技术信息中心。 随着现代科学技术的发展 ,传统的切割手段诸如氧切割、等离子切割、激光切割(统称热切割 )因其对材料切割时由于高温作业而产生的影响使材料的物理、机械性能及材质的晶间组织结构遭到破坏 ,因而对被切割材料的材质有一定局限性。其中氧切割、等离子切割对金属材料起作用 ,而对非金属材料就不起作用。激光切割虽能切割金属材料和非金属材料 ,但对铜、铝就无法切割 ,且切割深度有限 ,价格昂贵。而利用超高压水射流切割 (俗称冷切割 )不仅对所有金属材料 和非金属材料可以进行万能切割 ,而且是冷切割工艺 ,因此材质的物理、机械性能及材质的晶间组织结构不会遭到破坏 ,尤其用以对特种材料 (如钛合金、碳纤维复合材料、蜂窝状结构、花岗岩刻字等 )其切割效果就更无法比拟 ,买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 5 因此水刀切割技术是近年来切割领域里的一次革命 。 高压水切割机介绍。 超高压水切割机的问世，创建了一个冷切割的新工艺。水切割机的压力一般在250组功率 30大功率的机组则置有多个切割头同步作业。机组包括增压器 (或超高压泵）、切割头、安全阀、切割平台、磨料系统、微机控 制系统、接收器和稳压容器等（见图 1高压清洗机相比，其特点是超高压、小流量、细射流。压力大的升高，带来诸多材料、工艺与设计的问题，因此他的商品化矛盾中反映在可靠性、安全性和造价方面。近年来，机器人水切割机的问世。解决了三维空间水切割工艺难题（见图 1。 水切割的高压水发设备多采用增压器。增压器是通过活塞面积的变化使驱动液体所施加的压力倍增的设备，器驱动液体通常是机械油。 与泵相比，增压器的显著优点是能以驱动端油压（低压）的变化控制液力端水压（超高压 ),这样的控制容易实现，且安全可靠。但由于增压 器往复次数比超高压泵低得多（多在 100r/他的出口压力脉动大，必须增设稳压容器。当然，与比泵相比，他的造价也较高 。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 6 1 2 3 4 5 6 7 8 9工件 101 12 13 14 1516图 1超高压水切割机系统 由于磨料的介入能大幅度降低工作压力，因此切割头大都设计 成导流管、水喷嘴、末了喷嘴依次排列的结构。由它产生的超高压细射流又称“水刀 切割平台呈 门为板材切割而设计。微机控制系统的软件指令或者操纵切割头相对静止的切割头相对静止的平台 者操纵平台台还能控制切割头 调节靶距。 水切割机磨料系统的特点是跟精确、更均匀。其磨料不同于高压清洗机采用石英砂即可，通常采用刚玉、石榴石或金刚砂。不同的磨料对磨料喷嘴的磨损也有所不同。保证均匀供料的砂阀也要考虑调节开度和压差 。 接收器的作 用是降噪和接收切割后的浆料。水切割的噪音多在 90A)左右，这样接收器的降噪作用就十分明显，当然要求接收器要与切割头保持同步。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 7 图 1稳压器实际是一个超高压容器，连接在增压器（或泵）与切割头之间，作用是将几乎是单脉冲的超高压水流变成基本无脉冲，为切割头形成连续稳定的超高压细射流创造良好工况。因此，对低速超高压泵最好也配置稳压器。 除此之外，水切割机在连接软管。硬管、接头以及螺纹连接等细节方面都很有讲究。 水切割是高压水射流技术水平的一个标志，它的技术密集程度、技术附加值以及市场占有 量等诸多因素使其成为国内外水射流行业的研究热点，这一点在近年的国际水射流技术会议上尤为突出，并不因为水切割机已经商品化而降温，就是说在这一新技术应用领域还有许多待研究的问题。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 8 第二章水射流理论基础 水型水射流切割 在空气中喷出的高速水射流的结构如图 2示。喷嘴出口区附近具有不含空气的中心水流，随着离喷嘴端的距离增大，水射流逐渐扩展，并在外围区与空气相混合。 水射流中的压力在喷嘴出口附近分布较陡，且峰值较大。随着离喷嘴端部距离的增加，压力 分布逐渐平缓。当水压大于 196，喷出的水射流的速度超过声速 。 图 2射流加工射流参数的确定 流流速的确定 对于连续射流，在喷嘴出口截面内外两点间应用伯努利方程，忽略两点之间的高度差，可得出下列关系式 ： 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 9 2222222111 式中 1p 、 2p 喷嘴内外静压力 1 、 2 喷嘴内外流体平均流速 在两点之间应用连续方程可得 222111 如果喷嘴流到为圆管形结构，即42d ，并假设 21 ，由上列两式可得 ： )(1)(2412212 （ 2 对工程应用水射流，由于 21 ， 1)(412 同时将 998 3m 代入上式，最后得出射流流速简化表达式 : （ 2 式中 t m/s p 选定切割压力为 412射流速度 m/s 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 10 流流量的计算 以知射流速度，可由 q 计算出射流流量， 即射流流量等于射流出口速度乘喷嘴出口截面积，即 ： t （ 2式中 L / d 所以 m t 流功率的计算 当射流量和压力确定后，可由下列关系式计算出功率 (2 式中 p w ； q 。 式表明，喷嘴出口的射流功率是压力和流量的函数。如果将式（ 2入该式 可得 ： 式中 p w d 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 11 由此射流功率 p W 击压力计算 在射流清洗、切割等应用中，射流反冲力是一个必须的基本参数。在喷嘴出口截面内外两点间应用动量定理得 ： 12 F 式中 F t 作用于单位体积流体上的时间； m 1 2 由作用力等于反作用力原理可知，上式中 F 值即为射流反冲力知。经推导后可得： q 21） F 由于 11）（ ，并将式（ 2入上式，最后得： 7 4 （ 2 式中 F N ; q 流流量， ； P 从式 （ 2以看出，射流反冲力与射流压力的平方根成正比，也就是说，射流反冲力对射流流量的变化要比对射流压力的变化敏感得多。 将式（ 2 入式（ 2可得出射流反冲力的另一表达式； 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 12 F 式中 F N d mm p 经计算得出射流反冲力 嘴部分设计 嘴工作压力 取喷嘴的刃口和喷口两断面， 列伯努利方程得 (2 其中 v 一喷嘴内工作液体流速 ,v 0v，可以认为 v 0 1P 一喷嘴内工作压力 - 工作液体密度 0P 一大气压力 一喷嘴局部阻力系数 从 (3可得 2201 2 (22321 P 20中 一喷嘴流速系数， 11 对普通圆锥收敛型喷嘴， , 222/2220201 v c (2即冲击压力约是喷嘴工作压力的 2倍。 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 13 流动能 高压水射流切削主要依靠射流的动能 E 20020 2121 (2将03计算得的03得 23121202 (2 236213262 104 2 E J = J 其中 u 为流量系数 从 (2可以看出，射流动能 E 与0与0动能 E 与 1P 的 3 2次成比例所以在保证一定流量的情况下， 适当增大喷嘴压力 高压水射流装置切割系统的设计 常 用 喷 嘴 内 部 基 本 结 构 形 状 如 图 2示买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 14 图 2于喷嘴的工作压力与流量的确定，则喷嘴孔径尺寸也就确定了。根据下列公式可得： 4/12/12/u （ 3 式中 d 喷嘴孔出口截面直径， q 射流体积流量， L/ u 喷嘴流量系数； P 射流压力， 利用伯努力方程可化简（ 3得： 4 （ 2 式中 K 系数（取 射流密 度 , 3/ 0 3 4KP 3 即喷嘴的原始数据如下：喷嘴出口直径 ；喷嘴长度 0 ；喷嘴的收缩角 30 ；圆柱段长度 。由于喷嘴内孔的粗糙度对切割性能有很大影响，因此喷嘴内孔应有较低的粗糙度，选择圆锥内表面粗糙度最大允许值为买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 15 0 2柱段内表面粗糙度的最大允许 值为 嘴材料选用红宝石。 高压水射流装置系统的设计 如图 2装置是由油压及供水两大部分组成，其工作图 3喷嘴的三种基形式 买文档就送您 纸， Q 号交流 11970985 或 401339828 16 过程如下： 1 2 3 4 5 6 7 8 9工件 101 12 13 14 1516图 2高压水射流装置 油压部分的设计 压泵的选择 （ 1）泵的工作压力的确定 买文档就送您 纸， Q 号交流 1197098