乳化液泵站设计与研究毕业设计.docx

乳化液泵站设计与研究毕业设计一.课题研究背景及意义 1.课题研究背景 乳化液泵站的技术是随着煤矿机械化的发展而迅速 发展起来的。 早在70年代初，随着我国TZ-1型全工作面液压支架 的研制成功，我国自行设计公称压力为10MPa，公称 流量为10OL/min的RB100/100行乳化液泵同时研制成功， 从此我国煤矿生产有了第一套液压支架和第一套乳化液 泵站。之后，不同型号的乳化液泵站，喷雾泵站，注水 泵站又陆续被研制出来，并得到了推广和应用。 我国乳化If泵站从低压10 Mpa，小流量100L/min起步， 压力逐步提高到20 Mpa，31.5 Mpa，和35Mpa，流量分别 提高到110L/min，125 L/min,现已提高到200 L/min，甚至更大的流量。定流量的乳化液泵站技术的发展带动了自动变量乳化 液泵的研究，也提出了分级卸载式乳化液泵站。乳化液泵站产品的发展，带动了喷雾泵站和注水泵 站的发展，掘进机用喷雾泵的研制也取得了进展。为了提高乳化液泵及泵站元件、喷雾泵站及元件、注 水泵及元件的产品质量，推进乳化液泵站的技术水平提高， 相关部门起草了一系列的标准、规范档，为乳化液泵站试 验装置的研制和使用提供了科学的技术依据。，面调力支回脏的些牵及靠在、乳要 一作、压压站心中某机以是站产以重 之工架的液泵的作在煤，都泵生所常 备采移给是液体动，采顶，液常。 设综、供站化人架外、斤等化正泵着 要。溜站泵乳像史作达千柱乳面液起 主置推泵液向好而。工马移支，作化产 的装现液化及就，中液压推压见工乳生 面换实化乳液站住相力液与液可证为全 作转能乳，供泵液液压链定体此保分安 工量并是说架液压化的紧固单由是部的 煤能，都以支化高乳给的的的。，心面 采的板，所压乳着的供机机用的位核作 化能顶作。液么送站站送载护作地其工 械压撑动果向那输泵泵输转支工的而采 机液支等结把，架到液板式前液要，综 合为够滑的们话支回化刮桥超压重备对 综变能防作我的压流乳曲、处高分设， 是转以、动果管液路靠弯顶口的十键坏 义站能所护顶如血向管架可斤出给有关好 意泵械之侧斤。作地液支，千下供占的的 宄液机架、千源比断回压面紧、站面率能 %化把支壁种力道不从液作张上泵作产性。 题乳种压护各动管源又除工的面液工生泵用 课一液、使的的源液采链作化采高液作 是的架液架液它回综引工乳综提化的正是由于泵站是综合机械化采煤工作面的主要装备之一， 重要的动力源，相关技术，装备的发展源头等诸多方面的 原因，对泵站的研究，改进成功提高综采装备质量的关键一步。我们通过乳化液泵站的研究，加深了对综合机械化采煤；作面各环节的认识，培养了进行综合分析和提高解决 实际问题的能力；巩固，扩大，深化所学的知识。.设计的主要计算齿轮的设计计算 齿轮轴的校核计算 曲轴的设计计算连杆和连杆螺栓的设计计算滑块销的设计计算 柱塞与泵头的设计计算吸、排液阀得设计计算及箱体强度计算轴瓦和滚动轴承的核验计算齿轮的设计计算齿轮属于该泵传动系统中的主要承载零件之一，本设 计采用由一对齿轮构成的乳化液泵减速箱，电动机驱动， 经一级齿轮减速带动曲轴旋转。为使结构紧凑，工作中无 轴向分力，遙择童齿圆tt齿轮彳专云ii。由于泵转速较高，且齿轮箱局部发热较严重，因而需要齿轮有较高的强度和齿面硬度。故选择齿轮轴材料38CrMoAIA，调质处理，氮化处理，Hv850，相当于 HRC65；非齿面约HB229;大齿轮为400，齿面氮化处理， HRC48-55； HB为241286，取为250o用这些材料及热处理方法能得到强度高、韧性好，齿面硬的齿轮。本设计以接触疲劳强度设计，以弯曲疲劳强度校核。 齿轮的设计计算 1.以接触疲劳强度设计计算初步计算 校核计算 确定主要传动尺寸 2.齿根弯曲疲劳强度验算表4. 1MRB-100/31.5型乳化液泵齿轮几何参数序号参数名称符号计算公司参数1齿轮aZ22齿数26843传动比1i=Zl/z20.324模数m45压力角a206中心距aa = w(zx +z2) * 22207分度圆直径dd=mz1043368顶隙系数K1.09齿顶圆直径dada = (zx + 2h:、m11234410齿根高系数K+c1.2511齿根圆直径dfd f =(z 2ha 2c )w9432612精度等级JB179-83级8-8-8FL13公法线长度w查机械设计手册7.74429.22214跨齿数kk=0.01z+0.531015顶隙cc= cm1.0齿轮轴的校核计算齿轮轴主要受齿轮的轴向力，轴承的支反力和联 轴器传递过来的扭矩，有必要对其进行校核。 1.齿轮轴受的力矩齿轮轴选用38OM0AIA材料，胚料锻造，其后进行 调质处理，表面离子氮化，氮化层深0.3mm 2.齿轮轴的强度校核按许用弯曲应力和疲劳强度验算参数基本含义计算公式卜I断面II一 II断面备注J-1材料弯曲疲劳极限400.1材料扭矩疲劳极限1300弯曲应力幅(J 一一06. 8按a=l计算，W为抗弯截面系数，为抗扭截面系 数。a 2W 2x0.Id3扭转应力幅MfM1r 一一18. 73. 5a 2Wt 2x0.2d3弯曲疲劳极限=06. 8按a= 1计算扭转疲劳极限18. 73. 5叫。材料系数y/c = 0.2 0.30. 25参照其他y/z =0.1-0.150. 1灸A.寿命系数0. 5取m = 9.V0 =25x10V-1010由于齿轮轴受力较小，两支撑跨度乂诙小，故无须进行静强度核刚度校核。K应力集中系数2. 222. 00文献2P329附表1K1. 521. 53P表面状态系数0. 8文献2】夕331附表5尺寸系数0. 730. 68夕331附表6ez0. 780. 74弯，扭作 用下安 全系数一8. 24公式见上sz3. 1623. 4S复合安全系数s WK+si3. 167. 7S许用安全系数1. 8-2. 3文献216核验结果均满足疲劳强度要求。曲轴的设计计算曲轴为乳化液泵的主要承载构件，它的设计合 理与否，直接影响着整个泵的运行情况。目前，大多数乳化液泵采用三曲拐整体结构的曲轴，为 保证曲轴有足够的强度和刚度，其内部不钻孔， 曲柄做成圆盘形。曲轴颈与曲柄圆盘处用圆角光 滑过渡，以免引起过大的应力集中。本设计曲轴选用40Cr圆钢材调质处理，表面离子氮化。以使其具有较高的强度和表面硬度， 从而提高其表面耐磨性，延长使用寿命。曲轴三曲柄成120。分布，使得动平衡良好，也 使得流量脉动M小。 1.曲柄滑块机构的受力分析 2.曲轴的设计计算 3.曲轴强度计算 乳化液泵曲轴三曲拐互错12Q；，三个柱塞交 替工作，每个柱塞的吸、排液行程各180，曲柄销工作时，有时是两个曲柄销同时承受压力，一 个曲柄销处于柱塞的吸液行程，不承受压力。有 时是一个曲柄销承受压力，两个曲柄销处于柱塞 的吸液行程，不承受压力。因而曲轴是在对称循 环交变应力下工作的。设计曲轴时，应根据两个 曲柄销同时承受最大压力情况进行计算。两个曲柄销同时受力又有三种情况，即曲柄销I、 II; II、III;或I、III同时受力。计算支撑反力 时，应按靠近支撑的两个曲柄销同时受力来处理。这时所求的支反力为最大值。显然，这时曲轴所 受的弯矩也最大。表4. 8曲轴强度校核符号含义计算公式及注释计算结果A-A|B B材料弯曲疲劳极限350050004000xl05Pa-1材料扭转疲劳极 限185027442000 x10s Pa弯曲应力幅=M/2x0.1d35. 2MPa20. 7MPa扭转应力幅Ta =M/2x0.2d34. 4MPa4. 4MPaK弯曲有效应力集中系数见图192. 84. 5K扭转有效应力集中系数1. 62. 5Om弯曲平均应力Om =a5. 2MPa20. 7MPa扭转平均应力4. 4MPa4. 4MPa尺寸系数见图190. 65安全系数见上12. 82. 7M许用安全系数1_ 82. 52. 5核验结m安全可靠。参数含义计算公式及注释计算结果A-A|B-BA材料抗弯屈服极限见表5(0.550.62) crTs材料抗扭屈服极限g2900PcP危险断面最大弯矩7603013危险断0最大扭矩12981298w抗弯截面模量W = 0.Id37.29 xlO5抗扭截面模量WK =0.2d31.458x10最大轴向力A危险断面积A-23nsa只考虑弯曲时安全系 数公式见上48. 113. 0ns.只考虑扭转时安全系数32. 632. 6ns安全系数公式见上27. 012. 1K许用安全系数1. 233核验结果均满足静强度要求连杆和连杆螺栓的设计计算连杆为曲轴和滑块的中间连接件，它由连杆体 和连杆盖两部分组成。连杆大端与曲轴连接，小 端通过滑块与柱塞连接。选用工字型截面连杆，它悬裒奄同样强度条件下，运动质量小、毛还可 铸造等优点。连杆小端轴承采用整体的青铜轴套，使小端结构简化。大端轴承为双金属轴瓦。小端采用滑块 _马滑块连接。该连杆采用大端定位，在大端轴瓦两端面与曲 柄销的配合端面之间采用较小的间隙（0.20.5 mm)，而在小端轴套端面与滑块配合端面之间 取较大的间隙（25 mm)。羽表4. 16螺栓校核 MRB100/31.5型乳化液泵连杆选用QT40-10铸造成型，毛坯去毛刺后作喷丸处理，以消除铸造 应力，并提高其机械设计性能。1 .连杆基本尺寸的确定2. 连杆强度校核3. 连杆杆体的稳定性计算4. 连杆端盖的强度校核5. 连杆小端的强度校核6. 连杆螺栓的计算各参数含义计算根据结果-1材料疲劳强度按40Ci的400MPaV。应力循环对称系数般为0.20.30.2K应力集中系数见文献1表95.2尺寸系数见文献1图281.0螺纹内最小应力=中167.6MPa螺纹内最大应力 =Qfd24207.5MPa应力幅 =(心-)/2200MPana应力幅安全系数3.76n最大应力安全系数1.59许用安全系数2.5-4M许用安全系数1.252.5核验结果均满足强度要求。滑块销的设计计算 滑块销用来连接连杆与滑块，其受力情况与连大端盖相似。滑块销一般为空心 圆柱型f块销的直径可按柱塞承受的最大压力P确 定确定基本尺寸8 O7 0.507777/ C：nCVJ CTO TSL/ / / / /TP / B-M mCl X柱塞与泵头的设计计算本设计柱塞选用38CrMoAIA合金材料，调质热处理，HB约为229,表面氮化HV850,氮化层 深 c0.3mm柱塞强度的校核 柱塞稳定性校核 泵头的强度计算吸、排液阀得设计计算及箱体强度计算本乳化液泵采用三翼式锥形阀，采用1Cr13不锈 钢材，调质热处理，HB=187217。；为便于加 工、使用和维修，进、排液阀采用通用结构。阀口通流面积 阀芯阀的最大开启高度 吸、排液阀弹簧 阀座比压验算吸、排液阀弹簧的自振频率验算 泵缸及阀的性能验算 箱体强度计算轴瓦和滚动轴承的核验计算连杆轴瓦的核验计算 连杆小头衬套校核 小齿轮轴轴承的验算 曲轴轴承的验算本设计遵循一般机械设计步骤：搜集资料；开题；结构 方案的设计确定；计算、绘草图并校核；画图；修改；最 后完成毕业设计。其中计算、绘草图是关键步骤。 在计算绘草图中遵循一边绘草图，一边计算校核的原则。 从主要参数确定算起，到传动零件校核，最后到单向阀的 计算。中间对设计的原理进行了介绍。 MRB100/31.