关 键 词：

BRW200 31.5 乳化 液泵液力端 设计 SW 三维 CAD

资源描述：

BRW200-31.5乳化液泵液力端设计含SW三维及5张CAD图.zip,BRW200,31.5,乳化,液泵液力端,设计,SW,三维,CAD

内容简介：

设计(论文)任务书学院 XXX 专业 XXXXX 班级 XXXXX 学生姓名 XXXX 指导教师/职称 XXXX 1毕业设计(论文)题目：BRW200/31.5乳化液泵液力端设计2毕业设计(论文)起止时间：20XX年10月 20XX年6月3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）1 董爱粉.3500型压裂泵液力端的设计计算D.华东:中国石油大学,2012.2 朱维兵,周锡容,成愈,王潜龙,张建设.压裂泵往复密封性能及机理研究J.天然气工业， 2006, 26(1):60-62.3 刘济宁.国内压裂车制造业发展回顾与展望J.石油矿场机机械,2004(33):127-128.4 姜培昌.TWS600S柱塞泵泵头设计分析及制造工艺研究D.淄博:山东理工大学,2010.5 冷如波.高压注水泵结构分析与优化设计D.成都:西南石油学院,2003.6 张云霞.直线电机往复泵工作理论研究与结构设计D.中国石油大学,2007.7往复泵设计编写组.往复泵设计M.北京:机械工业出版社,1987: 151.原始数据：1.额定工作压力： P=31.5MPa 2.公称流量： Q=200L/min3.泵主轴的转速： n=561r/min 4.柱塞直径： =50mm 5.柱塞行程： S=66mm 6.电机功率：125 (KW) 4毕业设计(论文)应完成的主要任务2（1）确定乳化泵的结构；（2）对乳化泵的液力端进行设计；（3）主要零部件设计（4）主要零件图：1. 乳化液泵液力端图 1 张（A1） 2.其他零件图 4 张（A4） 5任务书下达日期 20XX 年 10月 21 日 指导教师(签字) BRW200/31.5乳化液泵液力端设计开题报告1、 题目来源来源于生产和社会实际。2、 设计目的和意义泵是伴跟着产业发展而发展起来的。19世纪时，国外已有了比较完整的泵的型式和品种，并得到了广泛的应用。据统计，在1880年左右，-般用途的离心泵产量占整产量的90%以上，而动力装置用泵、化工泵、矿山用泵等特殊用途的泵，仅占整个泵产量的10%左右。到1960年，一般用途的泵只占45%，而特殊用途的泵已占55%。 据目前发展趋势，特殊用途的系，会比一般用途的泵所占比例还要进步。早在20世纪初，潜水污水泵由关国首先研制成功，用它来代替深井系。随后，西政各国也接臻进行研制.并且不断加以改进，逐步完雪。如德国的莱茵福煤矿，使用各种潜水污水系2500多台，容量最高的达1600kw.扬程410mo我国的潜水污水系是20世8260年代，发展起来的，其中功课面潜水电预在南方早已用于农田的浇灌，且中小容量的潜水电泵已形成系列，并批量投入了出产。容量高电压的潜水电泵、潜水电念头也接障面世，500-1200k的大型港水电泵均已在山投入运行。通常把用来抽吸液体、输送液体和使液体增加压力的机器统称为泵。从能量观点来说，须是一种转换能量的机器，它把原念头的机械能转化为被输送波体的能量，使液体的流速和压力增加。系一般是用来将液体从地势较低的地方曲吸上来;沿管路输送到地势较高的地方去。例如，我们日常见到的，用泵把河流，池塘中的水抽上来往农田里浇灌，又如把地下深井里的水抽吸上来并送到水塔上去等。因为液体经由系后压力可以进步，所以聚的作用也可以用来将液惨从压力较低的容器中抽吸出来，井克服沿途的阻力输送到压力较高的容器中或其他需要的地方，例如，胡炉给水泵从低压水箱中抽吸水往压力较高的锅炉气包内给水。系的机能老围很广，巨型的系流量可大达几十万in/ he上，而微型的系流量则在几十mL hu下。其压力可从常压一直高达1000MPa以上。它输送波体的温度最低可到200C以下.最高可达800C以上。与输送液体的种类良多，它可以输送水(净水、污水等)、油液、酸碱液、乳化液、悬评液和液态金属等。三、阅读的主要参考文献1 董爱粉.3500型压裂泵液力端的设计计算D.华东:中国石油大学,2012.2 朱维兵,周锡容,成愈,王潜龙,张建设.压裂泵往复密封性能及机理研究J.天然气工业， 2006, 26(1):60-62.3 刘济宁.国内压裂车制造业发展回顾与展望J.石油矿场机机械,2004(33):127-128.4 姜培昌.TWS600S柱塞泵泵头设计分析及制造工艺研究D.淄博:山东理工大学,2010.5 冷如波.高压注水泵结构分析与优化设计D.成都:西南石油学院,2003.6 张云霞.直线电机往复泵工作理论研究与结构设计D.中国石油大学,2007.7往复泵设计编写组.往复泵设计M.北京:机械工业出版社,1987: 151.8贺天才等，矿用乳化液泵站的智能控制研究II，煤矿机电，2004, (5).9李曼等，矿用乳化液泵站自动监控系统的研究与开发U.煤矿机电。2005, (9).华仕容等基于$3C44B0的乳化液泵智能监控系统U1.煤矿机械，2007, (1).10沈学海钻井往复泵原理与设计M，北京 ：机械工业出版社. 199011东北工学院机械零件设计手册编写组.机械零件设计手册（第二版，下册）M.冶金工业出版社.1990 年6 月12朱俊华，战长松合编.往复泵M.机械工业出版社.1992 年10 月13机械设计手册联合编写组编.机械设计手册，第二版M.化学工业出版社.1979.1014往复泵设计编写组. 往复泵设计M 北京：机械工业出版社1987，15胜利油田石油勘探开发工艺研究所钻井泥浆泵液力端的部分改进Z16长江大学机械设计制造及其自动化专业生产实习教材M17 S.L.科利尔编.寇炳国，陈继龙译.王运新校核.泥浆泵手册M北京 石油工业出版社,1988.418 A. H. VAN DER KROGT. 高压泥浆泵液力端自增强的数学和试验研究Z19王中辉，仵亚红.新型钻井泵泵阀的设计计算J.北京石油化工学院学报，2001 年12 月，第9 卷，第2 期，第58 页20孙松尧. 三缸单作用钻井泵空气包体积的设计计算.石油矿场机械.2005 年第24 卷，第6期，444621刘朝儒，彭福荫，高政一主编.机械制图，第四版M.高等教育出版社.2001 年8 月四、国内外乳化液泵的发展现状和发展趋势4.1国内矿用乳化液泵站的现状及发展趋势4.1.1国内矿用乳化液泵站的组成国内外矿用矿用乳化液泵矿用乳化液泵站是煤矿并下现代化高产高效综采工作面的关键设备之一，是保证缘采工作面安全可靠运行的重要动力单元。近三十年来，国内的乳化液泵站的设计和制造技术取得了巨大的进步，主要技术参数得到了很大的提高。同时国内的大型煤矿也引进了众多厂家的乳化液泵站系统， 使得我们对于国外的乳化液泵站技术有了较为全面的了解。国外厂家采用新材料、新工艺制造乳化波泵的关键部件，延长了整机的大修周期，提高了使用寿命。泵站采用电子监控手段实现了多泵成组自动化运行，提高了泵站系统的可靠性。这些新的思路对于我们开发研制高质量的矿用乳化液泵站具有很好的启示和借鉴作用。4.1.2国内乳化液泵的技术现状 国内乳化液泵的生产单位厂家以无锡煤机，南京六合。浙江中煤等几家为代表，产品结构大同小异。目前的流量系列有80、125、160、200、250、200、400、450、500、550等。流量乳化液泵大多采用卧式五柱塞结构，下面以使用较广泛的400泵为例，介绍国产乳化液泵的主要特点。该型泵额定压力31. 5MPa,额定流量400升/分，卧式三柱塞结构。总体上可分为动力端和液力端两大部分。动力端部分主要由箱体、曲轴、连杆滑块和减速齿轮箱等组成。箱体采用高强度铸铁整体箱型结构，箱内存有润滑油对运动部件实现飞溅润滑。曲轴采用两端支承方式。液力端主要由柱塞、缸套组件和泵头组件等组成。采用分体式泵头，泵头体为整体钢锻件，内有吸液阀、排液阀和排液孔，排液管将各泵头排液孔汇流孔连接起来。排液管一一侧装有安全阀，另-一侧装有卸载阀。大功率的乳化液泵设有水冷的强制压力润滑系统，主:要运来润滑曲轴连杆的滑动轴承。有一一些大流量的泵自吸能力差，在泵的进液端还配有皮带驱动的增压泵以防止吸液腔产生的气蚀。4.2国外泥浆泵的发展现状4.2.1国外矿用乳化液泵站的组成 国外的的矿用乳化液泵站一般由四台泵成，三台使用一台备用。配备完善的电控系统可根据工作面的需要可实现一台泵到三台泵同时供液，满足综采工作面对乳化液流量大范围变化的需求，增加了整个系统的工作可靠性。根据单泵流量大小配置一台或两台乳化液箱。装有过滤器和蓄能器的供回液小车完成对液体的过滤和稳压。电控系统为集散式控制，可实现自动和手动两种模式运行。一台总控箱负责完成对整套泵站的监控和参数设定，并向地面远程通讯;乳化液泵和乳化液箱各有一台分控箱负责监控本台设备并将本地参数传送到总控箱。整套电控系统的功能有:乳化液泵润滑油位、油温、油压的检测保护;电磁卸载阀的自动控制;乳化液箱自动补液、配比和乳化油箱的油位保护:每台控制箱都可显示系统参数。4.2.2国外乳化液泵的技术现状国内大型煤矿进口的乳化波泵主要来自英国雷波、德国卡马特和豪辛柯三家公司，这些产品他们代表了世界上矿用乳化液泵设计制造的水平和发展方向。进口乳化液泵全部采用卧式三柱塞结构。由于设计理念的不同，他们的设计重点从提高产品的安全性，可靠性人手，尽量采用先进的电子技术为泵站提供种类齐全的监控保护功能，进少了人为的误操作，为高产高效综采机械化工作面中央集中控制打下了基础。下面介绍国内引进量较大的英国雷波公司$300型乳化液泵的结构特征。该泵额定压力37.5MPa.额定流量200升，分，卧式三柱塞结构。传动箱体为分箱结构，便于曲轴的安装周整并易于实现多点支承。曲轴由两支承支撑变为四支承，增加了曲轴的刚性。提高曲轴的工作稳定性。采用了多点润滑回路环路改善了传动部件的工作条件。泵头组件由泵头体、缸套、吸排液阀等元件组成。泵头体为整体锻件，强度高，内部密封圈少，维修方便。缸套内使用多个小弹簧压紧盘根密封，压紧力均衡，密封可靠，寿命长。柱塞采用陶瓷材料，密度较小并且耐磨、防锈、有效延长了使用寿命。润滑油的冷却采用强制风冷和水冷方式，冷却效果良好，满载平衡温度不高于50C。通过联轴器上的风扇和机座壳体的作用，形成离心风机，实现强制风冷;同时设置独立的冷却器对压力润滑油进行冷却。乳化波泵的卸就采用电控外卸载方式，由控制系统根据设定压力自动控制卸载和加载。监控系绝设有压力、温度、液位等传感器，实时监控泵站系统的运行状态并在参数异常时自动停机。4.3国内外矿用乳化液泵站的发展趋势国产矿用乳化液泵站的发展趋势是在基本保持两泵一箱配置的基础上，通过增大单台乳化液泵的流量来提高泵站系统的流量。近年来有部分厂家和高校在研制泵站的保护系统，取得了一些技术成果，但功能还很不完善，目前都还没有推广应用。在新材料的使用上，国内已有厂家在尝试使用陶瓷材料制造柱塞。在吸排液阀的结构型式_上，也有厂家采用平面密封的片式阀结构。国外矿用乳化液泵站的发展思路是通过增加乳化液泵的数量来满足矿井对泵站流量的要求，即三台或四台乳化液泵与一台或两台液箱配套使用，最大可由三台乳化液泵同时向工作面供液。目前国内引进的乳化液单泵最大流量为430升，分，供给综采工作面的最大流量可达到为1290升/分，足以满足大部分长断面大采高综采面的需求。通过电控系统来实现矿用乳化液_泵站系统的自动有序运行，提高了系统的灵活性和可靠性。主要的发展趋势是:采用吸排液阀同侧布置,提高乳化液泵的可维护性;大量使用不锈钢和陶瓷材料，提高整机的可靠性和使用寿命;使用更多的传感器，完善系统的监控,从而提高了设备的自动化程度;采用带有图形界面的显示器，更加直观方便，提供了更加友好的。人机交互环境。五、RBW200/31.5 型乳化液泵介绍在国内，RBW200/31.5 型乳化液泵通常与 RX400/25 乳化液箱组成泵站，额定流量是 200L/min，额定压力 31.5MPa，装机功率在 200kw,乳化液箱容积 2500L，五柱塞卧式结构，采用较高的曲轴转速。该泵站装机效率和流量比较大，是高产高效采煤工作面液压支架动力源的升级品，主要应用于中厚煤层的开采。该型号的泵结构相对紧凑、并且体积相对比较小、重量也较轻，适用于井下的移动。采用压力与飞溅互相结合的润滑方式，柱塞表面采用热喷涂工艺，提高了产品的使用寿命。5.1结构特点(1) 卧式五柱塞的结构由于采用了五柱塞的结构，该泵流量脉动率小是其突出的优点，例如：相同连杆比2.0 的乳化液泵，理论上三柱塞的泵型流量脉动率是 6.72%，五柱塞的是 1.99%。较小的流量脉动率，表现在增加了液压系统的平稳性，还有利于选用较小的蓄能器来满足液压系统的平稳工作。(2) 分离型泵头（液缸体）组件泵头采用分离式，便于生产制造与维修。该型号的泵采用五块单独的泵头，各泵头内分别设一组吸排液阀，在泵的出油口，采用高压的集液装置将泵阀的五个出液口贯通起来后汇总出液。在泵头内，下部的装吸液阀组，上部装排液阀组，均是蕈形锥阀结构，材质选用不锈钢。泵头对外有三个横向的接口，其中与吸液阀接近的是进液口，与箱体部分相连；中部的接口连接高压缸套；与排液阀接近的是乳化液的出口，连接着高压的集液装置。另外还设有放气孔。(3) 泵的润滑和冷却系统RBW200/31.5型泵的润滑系统是结合了飞溅润滑和压力润滑的方式。其中连杆大头的轴瓦的润滑方式是压力润滑。齿轮、滑块滚动轴承等采用的是飞溅润滑的方式。系统润滑的工作过程为，曲轴转动带动齿轮油泵，油泵的吸油口设置在油箱油池内，输出的油液被引入到冷却器内，冷却器安装在泵液力端的吸油腔内，利用油液与乳化液的温差实现冷却，再输入曲轴经孔道润滑连杆大头。曲轴引入口处设有回转密封，正常工作下的油压设定为0.20.5MPa。(4) 安全阀安全阀是泵的过载保护元件，碟形的弹簧被用于系统的调压。安全阀未打开时，以相对较小的直径实现密封，此时封闭的压力的数值比较高；安全阀打开时，用于密封的直径增大，此时需要降低压力，维持卸压状态即可。(5) 卸载阀由两套相互并联的单向阀、主阀及一个先导阀组成卸载阀。(6) 高压缸套组件由于泵站是由四道矩形的盘根方式组成，采用无油的润滑导向套，柱塞经过热喷镀，因此，大大提高了柱塞的密封寿命，降低了维修的工作量。5.2泵的主要参数通过对 RBW200/31.5 型矿用乳化液泵基础理论的理解，主要参数如下所示：公称压力：31.5MPa；公称流量：200L/min；曲柄半径：38mm；连杆长度：280mm；曲轴转速：498r/min；柱塞直径：50mm；柱塞行程：66mm；电机功率：125k W5.3建立往复泵的系统模型利用solid works软件，建立乳化液泵的系统模型，首先需要对乳化液泵的结构组成进行分析，并且对泵的各部分构件进行简化，以便在搭建模型时确定合适的模块。六、国内外矿用乳化液泵站的主要参数对比为了便于对比国内外矿用乳化液泵站的主要差别，以流量为200升1分的机型为例，表1中列出了国内外主要型号乳化液泵的参数，表2列出了国内外矿用乳化液泵站的主要特征。表1国内外乳化液泵参数型号额定压力材料柱塞行程柱塞直径柱塞数目曲轴转速输入功率生产厂家S30037.5陶瓷60623602225英国雷波K25055033.5陶瓷100553450200德国卡马特EH3K20035.7钢98533490200德国豪辛柯PRB931.5钢76485498200平顶山煤机厂GRB200/31.531.5钢66455650200无锡煤机厂BRW200/310531.5钢60505532200南京六合煤机 从表1中可以看出，国外乳化液泵全部采用三柱塞结构，额定压力较高，普遍采用了陶瓷材料制造柱塞;而国产乳化液泵全部采用了五柱塞结构，柱塞材料以钢为基础，经过表面处理制造而成，反应出了国内外在材料和加工工艺方面的差别。表2中显示了国内外乳化液泵泵站组成及控制方式的不同。得益于电子控制方式的应用，选用相同流量的单泵，国外的泵站可以提供更大的流量，能更好的兼顾工作面的流量需求和泵站的可靠性要求。表2国内外乳化液泵特征型号泵站型号电子监控卸载方式大修周期生产厂家S300四泵一箱有机电卸载3年英国雷波K250550四泵一箱有机电卸载3年德国卡马特EH3K200四泵一箱有机械卸载3年德国豪辛柯PRB9两泵一箱无机械卸载2年平顶山煤机厂GRB200/31.5两泵一箱无机械卸载2年无锡煤机厂BRW200/3105两泵一箱无机械卸载2年南京六合煤机七、基本工作原理乳化液泵一般采用往复式柱塞泵，以乳化液为工作介质，工作原理见图2.1 所示。电机驱动使曲轴1依据图示箭头方向旋转，曲轴带动连杆2的运动，连杆驱动滑槽4 内的滑块 3，再带动柱塞5 做往复直线运动，将曲轴的旋转运动转换为柱塞的直线运动。当柱塞做向左的运动，工作腔 6 内将形成低压或真空，这样，在大气压的作用下，吸液阀 9 打开，油箱中的乳化液，依次流经吸液口10，吸液阀 9，进入工作腔内。此时由于排液管道内介质乳化液的压力作用，排液阀 7 闭合，完成了泵的吸液过程。当柱塞随着曲轴的转动向右运动的过程中，塞腔内的容积减小，腔内的传递介质因受到柱塞挤压的作用，腔内的压力迅速增高。理论上，能够及时的使乳化液泵的进液阀关闭，出液阀打开，传递介质就被顺利的挤出柱塞腔体，再经过主要的进液管道输送到采煤工作面液压支架，完成了排液过程。曲轴连续的旋转，柱塞就连续进行往复运动，不断的交替出现吸液和排液。需要注意的是，乳化液泵的单个柱塞若是吸液，就不可能同时排液，所以单柱塞泵的排液量是非常不均匀的。因此，为了能够使得往复泵的排液量相对均匀，一般都采用多柱塞结构的泵，如三柱塞式、四柱塞和五柱塞式，论文选择的RBW200/31.5 就是一种五柱塞式的泵。通过曲轴旋转运动的带动，柱塞分别在各自的腔内做吸液和排液运动，输出端经集液器将高压乳化液汇集，再输出给外界负载液压支架。八、工作的主要阶段、进度与时间安排1) 任务书阶段：2018年11月 5日8日2) 开题报告阶段：2018年11月9日19 日3) 外文翻译阶段：2018年11月10日20 日4) 正文撰写阶段：2018年11月-2019年 6 月5) 图纸打印阶段：2019年5 月15 日5 月20 日6) 指导教师审查：2019年5 月20日-5月23 日7) 评阅教师评阅：2019年5月23日-5月26 日8) 本科答辩阶段：2019年6 月3日-6月8日九、指导教师审查意见指导教师 XX BRW200 31 5乳化液泵的液力端设计 学生 XX班级 XX学号 XX 论文的框架结构 简介 乳化液泵是综合采煤工作面液压支架的主要动力提供 性能好坏对液压支架的可靠性有着重大影响 近年来 随着综合采煤技术的不断提高 综合采煤的机械装备与技术能力都逐渐增高 煤矿对乳化液泵站可以提供的压力与流量要求更高 传统的设计费力 费时 甚至有个别时刻都无法实现研发高性能泵的目标 为了能够达到煤矿生产要求 从而需要设计出功能完善的乳化液泵 单单应用过往的经验和实验 设计不光费时 而且优化参数或条件有难度 不易提高性能 同时也无法进行系统的设计 乳化系统是液压支架的主要动力输出 是综合采煤设备的重要组成部分 它能否稳定 高效地工作 直接关系到井下安全 煤矿开采效率 工人的施工安全和工人的劳动强度 为了实现高效且安全的采煤 提高经济效益 减少事故的发生 设计性能优良的乳化系统有着非常重要的意义 安全 高效 高产是综合采煤的发展方向 在综合采煤技术中 移动机架的时间是影响综合采煤技术整体速度的关键 因此 提高液压支架的运动速度是实现高效采煤的关键 提高移动机架效率的主要途径有两种 一是提高系统的液体通过能力 二是提高系统站的送液能力 研究意义和目的 液力端的确定 L型液力端 吸入阀与排出阀平行排出 也就是说 L形泵头可以通过吸入泵头和排出泵头分开制造 形成如图所示的组合泵头 泄漏量也小 但结构不紧凑 泵内间隙通道长 泵头重量大 自动吸附能力差 液力端的确定 T型液力端 这种液压端的优点是工作室体积小 液流通道短而直 过流性能比较好 密封圈少 吸入阀固定导向系统相对简单 泵头结构一体化 减小内部间隙 减轻重量 但其不足之处在于更换吸入阀时应将吸入管的筒体和弯管拆除 液体泄漏严重 液力端的确定 I型液力端 I形泵头吸入阀与排出阀排放在同一直线上 这种直通式液压结构具有结构紧凑 重量轻 气缸间隙通道长度短等优点 这有利于计算公式的推导 但当拆卸上卸料阀更换吸入阀座时 必须先清除卸料 彻底检修困难的 液力端的确定 在选择液力端结构时应遵循以下原则 1 过流性能好 液压阻力损失小 2 液体流道应利于气体的排出 无死区 造成气体滞留 3 吸入阀和排出阀普遍应该垂直布置 以便于阀板的正常开启 关闭和密封 特殊情况下也可倾斜或水平布置 4 间隙体积应尽可能小 特别是对于高压短冲程泵或运输大气体含量和挥发性介质时 间隙体积应尽可能小 三维模型 该液力端由四部分组成 1 底座2 高压进排液体3 吸液管道4 排液管道 三维模型 两处固定 1 底座的每个固定柱上与高压进排阀体上都有对应的螺纹孔 用M26号螺栓来固定 外端用螺母锁紧2 底座的每个固定柱上都有一个三角形凸台来支撑阀体 为螺母减轻剪切力 工作原理 进排液阀简介 谢谢 指导老师 XXX学生 XX班级 XX学号 XX BRW200/31.5乳化液泵液力端设计摘要乳化液泵是综合采煤工作面液压支架的主要动力提供，性能好坏对液压支架的可靠性有着重大影响。近几年来，随着综合采煤技术的不断提高，综合采煤的机械装备与技术能力都逐渐增高，煤矿对乳化液泵站可以提供的压力与流量要求更高。传统的设计费力、费时，甚至有个别时刻都无法实现研发高性能泵的目标。应用系统的仿真模拟技术是作为结构设计、优化的重要依据，为乳化液泵的设计、研究、优化提供了技术方面的支持。这篇文章是结合了传统的设计思路和成体系的仿真技术，依据乳化液泵的有关资料，建立相对应的乳化液泵的数学模型:利用SolidWorks 软件的三维建模，建立柱塞泵的完整三维模型，比较两种泵模型的数据资料，从而达到优化泵的对应参数、完善结构设计的目的。关键词 乳化液泵；容积效率；曲轴转速；SolidWorks仿真 Design of hydraulic end of BRW200/31.5 Emulsion pumpAbstractEmulsion pump is the main power supply of hydraulic support and hydraulic support in integrated coal mining face. In recent years, with the continuous improvement of integrated coal mining technology, the equipment and technical capacity of integrated coal mining are gradually increasing, which requires higher pressure and flow that can be provided by emulsion pumping station. Traditional design effort, time -consuming, and even sometimes can not achieve high-performance pump research and development goals. The simulation technology of the system is an important basis for the design and structure optimization, and provides useful technical support for the design and research optimization of emulsion pump.In this article, combined with traditional design method and the system simulationtec: hunology based on theoretical knowledge of emulsion pump, we established thema thematic al model of pump volume loss; using SolidWorks simulation software system weestablished plunger pump system model. By comparing the analysis Iesults of the two models,we ac lieve the purposes of optimizing parameters and improving struc tural design of punps.This article combines the traditional design ideas and the simulation technology of the system, and establishes the mathematical model of the emulsion pump according to the relevant data of the emulsion pump. Using the three-dimensional modeling of SolidWorks software, the system model of the plunger pump is established, and the data of the two pump models are compared, so as to optimize the corresponding coefficient of the pump and improve it. The purpose of structural design.Keywords ： Emulsion pump；Volumetric Eficiency；Crankshaft Speed；SolidWorks Simulatio目录前言11 选题背景11.1 国内乳化液泵研究现状11.2 国外乳化液泵研究现状21.3 乳化液的发展趋势21.4 研究目的和意义32 液力端方案论证43 乳化液泵的流量分析83.1柱塞运动规律83.2 流量分析及其流量曲线103.2.1 平均流量103.2.2瞬时流量103.2.4 流量不均度144 泵阀的设计154.1工作原理154.2 选择方案164.4弹簧主要参数计算184.5 泵阀和弹簧参数表204.6 阀箱设计215 柱塞组的设计225.1 柱塞的设计225.1.1 柱塞的工作条件和设计要求225.1.2 柱塞的材料235.1.3 柱塞头部的设计245.2 柱塞销的设计275.2.1 柱塞销的结构、材料275.2.2 柱塞销强度和刚度计算285.3 柱塞销座285.3.1 柱塞销座结构设计285.3.2 验算比压力295.4 柱塞环设计及计算295.4.1 柱塞环形状及主要尺寸设计295.4.2 柱塞环强度校核296 缸套设计306.1 方案选择306.2 缸套内流量和压力分析31总 结32参考文献32致 谢34IIIBRW200/31.5乳化液泵液力端设计前言近几年来，煤矿的采煤机械化发展飞速，其中综合采煤技术尤为被广泛应用，对煤矿运用的乳化液泵站能够供应更高的流量和压力有了很高的要求。为了能够达到煤矿生产要求，从而需要设计出功能完善的乳化液泵，单单应用过往的经验和实验，设计不光费时，而且优化参数或条件有难度，不易提高性能，同时也无法进行系统的设计。使用设计计算的方法，由于数学模型为二次非线性微分方程，答案单一性，因此得出正确数据的难度增大。1 选题背景1.1 国内乳化液泵研究现状国内乳化液泵一般采用五柱塞结构，这与国外多柱塞并联的乳化液泵不同。乳化液泵站普遍是由三台乳化液泵和一个乳化液罐组成。乳化液泵的控制主要由隔爆开关组成的隔爆电磁启动器来完成。根据乳化液泵的流量选择乳化液罐的尺寸和数量。乳剂罐主要包括过滤装置、储存装置、稳压装置和液体分配装置。主过滤器是一个过滤器，一般有两个过滤器，第一个是粗过滤器，可用于反洗站。其次，通常使用高精度过滤器。储液装置主要是储液罐本身，其中浮球阀控制进水管的启闭。该井配有液体分配装置。液体分配装置主要利用文丘里管原理完成乳液的自动混合。调压器主要指蓄能器。目前，较先进的乳化液泵站配有传感器和自动配液装置，可以检测储液罐中乳化液的浓度，实现动态检测和实时配液。我国乳化液泵的设计思想是在不改变柱塞数的情况下，增大柱塞的直径从而增加乳化液泵的流量。乳化液泵采用五柱卧式的结构，泵站也由三泵一箱组成。所用的流量和压力系列几乎相同。普遍的乳化液泵的公称压力和公称流量如表1和1所示。表1 公称流量公称流量2531.540506380100公称流量11012516020025031540033表2 公称压力公称压力2.54.05.56.38.010.012.516.020.0公称压力25.031.535.040.050.056.063.080.0100.0近年来，国内乳化液泵的设计几乎保留着五柱塞结构，应用两台泵和一个储液罐为工作面供液。因此，提高国产乳化泵流量的途径是增加柱塞直径，提高整个系统的流量。这会导致乳化液泵过大，特别是在液压端。阀板尺寸过大，密封面积过大，密封性能差，会降低体积效率。国内一些厂家正在设计和开发乳化液泵。一些新的成就尚未广泛取得。如在吸放阀中，也有一个扁平的密封芯片结构。1.2 国外乳化液泵研究现状国外乳化液泵的结构多为三柱塞结构。一般来说，单泵的流量不是很大。它由四个泵和一个泵箱组成。在工作表面变化范围大的情况下，满足了乳化液流动的要求。该控制平台对乳化液泵的数据进行采集和监控，提高了泵站系统的可靠性。根据泵站的流量，乳化液罐的体积和数量一般为一个或两个箱。在乳化泵站的储罐和乳化泵的前面安装了过滤器，以过滤回流液。泵站还设有蓄能器，作为稳压器，保证了流量的稳定。这些辅助系统，控制系统和乳化液泵，液舱安装在移动车辆上，以便于移动。每个乳化泵和油箱都设有一个子控制台，负责监测设备的运行参数，并通过通信将设备参数传送到总台。一般操作参数如下：乳化罐自动灌装、乳化率和乳化罐油位高度：乳化泵润滑系统的油位高度、油温、油压、电磁式卸油阀控制。为了满足工作面的工业需要，国外设计了乳化系统末端，采用小读数平行多重乳化裂化，增加切削泵的数量。它们大多采用四种乳液体系和一种液体结构。同时，将三种乳胶颗粒平行放置并还原到工作面上。为了改善吸排液的密度条件，以陶瓷为原料，使气缸有意义，提高柱塞的耐磨性和重量损失，是一种较高的柱塞寿命挣扎。实现各拦截点的横切。易于更换。在整个泵站系统中，乳化液系统经过几天的增减，使单个系统的规模过大，造成了抽吸速度慢、冲洗不良的影响。1.3 乳化液的发展趋势近几年来，机械化在我国得到了广泛的推广，并已基本应用于大型矿山。但是，主要设备是从国外进口的。虽然国内综合采煤设备在设计结构、质量控制、运行稳定性和维修周期等方面取得了不断的提高，但还是会受到材料强度和制造技术的约束。由于维修手段和技术的限制，国内设备与国外设备在综合机械化开采过程中的性能、稳定性、方便性和维修性有着不小的距离。乳化液泵是为煤矿工作面液压系统的提供动力的主要来源，为工作面液压支架提供必要的压力，支持完整的提升架、落架、动架等动作完成。煤矿应用的乳化泵普遍应用卧式柱塞结构。其具有适应环境性强、结构紧凑、维修方便、噪音低、操作简单等优点。在过去，我们的乳化液泵大多采用三柱塞结构。通过增加柱塞的数量，能够减小柱塞直径过大而引起的偏心磨损现象，减少泄漏，从而提高乳化液泵的体积效率。增加柱塞的数量也减少了流量脉动，使进料压力更加稳定。随着综合采煤技术的发展和大采高综合采煤的应用，对综合采煤设备的要求越来越高，液压支架也越来越大。由于我国乳化液泵站流量的增加方法与国外不同，它依赖于增加柱塞直径和乳化液泵的数量。国产乳化液泵大多采用五柱塞来增加泵的流量，这就要求乳化液泵的设计体积较大。泵阀的内部水力端部等部位都比较大，内应力集中增加，使用时阀板质量超标的影响很大。所有这些都会对乳化液泵的运行和内部部件的使用寿命产生较大的影响。为此，对乳化液泵的动态运行进行了特性分析，并对其运动进行了改进，以减少内冲击，提高容积效率，改善乳化液泵的性能。1.4 研究目的和意义乳化系统是并联支架液压支架的主要动力输出，是综合采煤设备的重要组成部分。它能否稳定、高效地工作，直接关系到井下安全、煤矿开采效率、工人的施工安全和工人的劳动强度。为了实现高效且安全的采煤，提高经济效益，减少事故的发生，设计性能优良的乳化系统有着非常重要的意义。安全、高效、高产是综合采煤的发展方向。在综合采煤技术中，移动机架的时间是影响综合采煤技术整体速度的关键。因此，提高液压支架的运动速度是实现高效采煤的关键。提高移动机架效率的主要途径有两种：一是提高系统的液体通过能力；二是提高系统站的送液能力。然而，提高液压支架的流体传递能力，必然会提高液压支架的悬浮速度和推进速度。顶板梁和上柱板的导向对下层会产生很大的影响，从而影响工作面顶板的稳定性。特别是在地质条件不稳定、容易产生残馀地质条件的情况下会对工作面产生影响。提高乳化泵站的供液能力。为工作面能够提供稳定的压力和流量已成为提高工作面效率的关键。2 液力端方案论证乳化液泵的液力端包括泵体、缸套柱塞、柱塞杆、密封盒、泵阀等，其作用是从吸水池中吸入低压力液体，将高压液体输送到井底，实现液体循环，冷却钻头，冲洗井底，带出钻屑。泵体是液力端的主要零件，泵体中的液体流通通道应力求短而直，表面光滑；通道相贯处的圆角半径应尽可能的大，以减少应力集中；排出阀应位于工作腔的最高点，以防止腔内因滞留气体而降低充满系数；吸入和吸入阀应尽量靠近缸套，以便减少液流阻力和余隙容积。 单作用钻井泵每缸套只有一个吸入阀和排出阀，因此三缸单作用泵的液力端部份结构比双缸双作用泵简单。三缸单作用泵的液力端部份结构也有很大的不同。根据现有的乳化液泵，我们可以知道，乳化液泵液力端的布局就在与吸入阀与排出阀的布置的不同。即有，吸入阀与排出阀垂直摆放、吸入阀与排出阀平行排放、吸入阀与排出阀排放在同一直线上。 方案一：吸入阀与排出阀垂直摆放的乳化液泵液力端如图1所示图 1 T型结构的乳化液泵液力端乳化液泵液压端的液体流道采用T型结构。泵阀是翼型导向的。这种液压端的优点是工作室体积小，液流通道短而直，过流性能比较好。密封圈少，吸入阀固定导向系统相对简单，泵头结构一体化，减小内部间隙，减轻重量。但其不足之处在于更换吸入阀时应将吸入管的筒体和弯管拆除，液体泄漏严重。方案二： 吸入阀与排出阀平行排出，也就是说，L形泵头可以通过吸入泵头和排出泵头分开制造，形成如图2所示的组合泵头。泄漏量也小，但结构不紧凑，泵内间隙通道长，泵头重量大，自动吸附能力差。 图 2 L型结构的乳化液泵液力端方案三：吸入阀与排出阀排放在同一直线上，即 I 形泵头，如下图3所示： 图3 I型结构的乳化液泵液力端这种直通式液压结构具有结构紧凑、重量轻、气缸间隙通道长度短等优点，这有利于计算公式的推导，但当拆卸上卸料阀更换吸入阀座时，当使用钢制阀座时，必须先删除卸料阀座。彻底检修是困难的。在选择液力端结构时应遵循以下原则：1 过流性能好，液压阻力损失小。2 液体流道应利于气体的排出，无死区，造成气体滞留。3 吸入阀和排出阀普遍应该垂直布置，以便于阀板的正常开启、关闭和密封，特殊情况下也可倾斜或水平布置。4间隙体积应尽可能小，特别是对于高压短冲程泵或运输大气体含量和挥发性介质时，间隙体积应尽可能小。根据乳化液泵液力端结构形式的选择原则，我决定以I形泵头为原型，对现有的乳化液泵液力端进一步完善，以达到实地应用对乳化液泵的要求。我的修改原因、方法及优点如下：1 对于乳化液泵液力端易损部件柱塞，我选用了胀紧式柱塞，参考了柱塞的优化设计对柱塞进行了结构优化。2 在缸套的设计上，我通过SolidWorks建模，然后通过ANSYS应力分析，以达到满意的尺寸。3 在泵阀的设计上根据乳化液泵的性能要求，参考往复泵设计，新型钻井泵泵阀的设计计算等对BRW200/31.5乳化液泵泵阀进行参数设计，同时通过SolidWorks对泵阀的运动进行了仿真，对泵阀的优化有一定的参考价值。4 液压端五缸套筒直通分段结构，可通过排气管和吸入管吸入和排出。吸入阀和排出阀减小了同一垂直销轴上的容积间隙。5 通过SolidWorks分析在液缸的应力集中位置安装了耐磨盘，使液缸的寿命得到有效提高。新设计的方案图结构图如下图 图4 新设计的液力端3 乳化液泵的流量分析3.1柱塞运动规律图5 柱塞运动示意图乳化液泵大多数是曲柄连杆机构传动，图5是其示意图。柱塞从液缸的左点开始运动，曲柄AO和连杆AB处在同一水平线上，总长度为。设此时曲柄与水平线的夹角，曲柄逆时针方向旋转，则柱塞移动的距离为：由于，所以有， (1)式中，为曲柄半径；为连杆长度；为曲柄连杆比，；为曲柄转角。式(1)求一阶和二阶导数，得柱塞运动速度和加速度的表达式，即 (2) (3)式(1)、(2)和(3)是反映柱塞运动规律的精确公式，通常对它进行适当的简化。令=，代入式(1)得， (4)将式(4)对时间求一阶和二阶导数，得， (5) (6)图6 柱塞运动规律曲线由于曲柄连杆比一般都小于0.2，。在精确公式中加入项数值很小，对柱塞位移、速度和加速度的影响甚微，最大误差不到百分之一。因此，以式(4)、(5)和(6)作为计算往复泵柱塞运动规律的依据，是完全满足精度要求的。令： (7) (8)式中，柱塞无因次速度；柱塞无因次加速度。与及与具有同样的波形，仅仅是纵坐标比例尺不同而已。如果不考虑曲柄连杆比的影响，即，柱塞的运动规律可以表示为 (9) (10) (11)柱塞的运动规律曲线如图6所示。3.2 流量分析及其流量曲线3.2.1 平均流量泵的理论平均流量是指泵在单位时间内理论上应输送的液体体积。对于单作用泵，设缸数为，其理论平均流量为 (12)3.2.2瞬时流量在不考虑任何容积损失的前提下，泵在每一瞬间排出或吸入的流量称为理论瞬时流量，简称瞬时流量。单缸单作用泵的瞬时流量为 (13)对于吸入过程，单作用液缸吸入的瞬时流量为 (14)对于排出过程，单作用液缸排出的瞬时流量为 (15)实际上，往复泵一般都有几个液缸组成，图7为三缸单作用泵的曲柄布置图。图7 三缸单作用泵曲柄布置图计算泵的瞬时流量，根据各曲柄间存在的角位差。相邻曲柄间的角位差可以表示为 (16)设往复泵的缸数为，曲柄序号为，依次如图11所示，即自旋转轨迹与水平线左交点，从开始运动的曲柄为1号，其他曲柄按逆时针方向依次2、3号，对应的液缸取同号。再设任一曲柄与水平轴线的夹角为，以1号曲柄与水平轴线的夹角为变参数，则曲柄转角可以统一表示为 (17)图8三缸单作用泵曲柄间的相互关系示意图图8为三缸单作用泵曲柄间的关系因此，各个液缸瞬时流量可表示为 (18)并且，当时，液缸吸入，公式前取“+”号；当2时，液缸排出，公式前取“-”号。由于吸入和排出的流量相同，所以，可以用吸入时泵的瞬时流量来表示整台泵的瞬时流量。对于整台单作用泵，其瞬时流量为各个液缸相同时刻的瞬时流量的叠加值，用统一的公式表示，即 (19)求瞬时流量曲线的流程图如图9所示。图中表示缸数，令初始的流量，已知1号曲柄的转角，依次求出此时各个液缸的流量，然后把大于零的流量叠加，就可以求出此时的流量；然后依次求出曲柄在各个位置的流量，就可以得到瞬时流量曲线。已知，依次求出各个液缸此时的流量对应角的流量是否曲柄是否旋转一周瞬时流量曲线是角度递增图9 瞬时流量的求法流程图否3.2.3流量曲线图10 当时三缸单作用泵的瞬时流量曲线当时，三缸、六缸单作用泵的瞬时流量曲线分别如图10、11所示。图11 六缸单作用泵的瞬时流量曲线图12 三缸单作用泵取不同值时无因次瞬时流量曲线取不同值时，三缸单作用泵无因次瞬时流量曲线如图12所示。由图可以看出，值越大，流量波动越大，对瞬时流量的影响比较明显。3.2.4 流量不均度理论瞬时流量的最大差值与平均流量的比值，称作往复泵的流量不均度，用表示，则 (20)改变泵的缸数，计算的流量不均度如表3所示。表3 流量不均度缸数12345673.14161.57080.14030.32530.04980.14030.02533.17601.58800.21980.32530.06850.14030.03413.31181.65590.35570.32530.09860.14030.0479从表中的数据，可以看出：1) 值越大，流量不均度越大；2) 缸数越多，流量不均度越小；3) 相邻奇数缸的流量不均度比偶数缸小；4) 对奇数缸流量不均度的影响比偶数缸大的多。4 泵阀的设计4.1工作原理乳化液泵通常采用锥状盘阀，它的主要零件是圆锥形阀盘、阀座和弹簧等，如图13所示。图13 锥形盘阀示意图泵阀在吸入冲程开始时，吸入管中的液体向上推动吸入盘，使气缸与吸入管相连，液体进入气缸。在自重、弹簧力和液压的作用下，出料盘迅速落在底座上，将气缸与出料管分离。在吸入行程结束时，排出行程开始时，液缸推动阀瓣，液体流入排出管阀瓣与阀座之间的间隙。4.2 选择方案参考石油天气标准，选择通孔阀体。图19 通孔阀1压盖；2弹簧；3导向套；4阀体；5阀螺母；6阀胶皮7阀座；8阀箱；9紧固螺母；10阀导架。4.3主要参数计算泵阀的主要参数的计算参考了往复泵设计155185页，由于书中单位采用的是工程制单位，姑且按书中单位计算，最后转化为国际标准单位。泵阀的相关尺寸严格按照标准选取。4.3.1 阀座孔径阀座孔径可按经验公式(33)计算，根据阀座孔最大流速初步确定： (21)单作用泵： 选择标准4.3.2 阀板与阀座密封接触面宽度按以下公式选定，金属对金属时： (22) 4.3.3阀板直径 (23)式中，锥形阀锥角之半，通常。选取尺寸4.3.4 允许关闭速度 (24)式中，平均取。，取。4.3.5 阀盘最大升程 (25)，比值在范围内，符合要求。4.3.6 求当量系数查166页表3-28，得。4.3.7 阀板厚度的确定对锥形阀：，即，选择标准21mm。4.3.8 计算系数 (26)4.4弹簧主要参数计算4.4.1计算系数和弹簧初始安装力 (27)当时， (28)即。4.4.2 计算及弹簧刚度(29) (30)即。4.4.3 弹簧最大工作力 (31)4.4.4 阀上最大载荷 (32)4.4.5 弹簧钢丝直径 (33)根据标准，先取。查表3-3，取8；。查表3-2得，。查表3-4，。代入式验算：，符合条件4.4.6 弹簧工作圈数及总圈数 (34)式中，为弹簧材料的剪切弹性模量，查表3-5得，。 (35)4.4.7 弹簧节距节距一般取，这里取14mm。 (36)4.4.8 弹簧自由高度和预安装高度 (37) (38)4.5 泵阀和弹簧参数表表4 泵阀和弹簧参数内容和项目计算公式计算结果泵 阀 计 算名称符号单位标准单位通过一个阀的流量9390.22阀座孔径11.00110mm密封面接触面积0.66阀板直径12.684126.84mm允许关闭速度21.43取16.00最大升程1.33阀板厚度2.121mm当量系数查表3-280.6阀板重量1892.318.92N系数0.1588介质重度1阀板材料重度7.8弹 簧 设 计系数7.6185弹簧初始安装力23904239.04N系数42.1785弹簧刚度12861弹簧最大工作力41048410.48N阀上最大载荷42698426.98N钢丝直径7弹簧工作圈数8.046总圈数10节距14自由高度122.5安装高度103.94.6 阀箱设计参看往复泵设计151页，薄壁筒公式确定壁厚： （39）对于一般碳素钢，许用应力。所以，最窄方向的尺寸，取380mm。其他方向的尺寸应按照标准、部件间的相互关系来确定。最终确定长度方向取440mm，高度取720mm，具体尺寸详见附录。阀箱结构可分为整体结构和组合结构。整体阀箱具有刚性好、工作腔间距小、加工能力小的优点。组合阀箱将工作室内分成若干块，然后以适当的方式将它们连接在一起。更换阀箱更方便，但增加了加工面，增加了接头的密封性能，应力状态变差，一般不使用。因此，选择整体阀箱。图20 通孔阀 图21 通孔阀5 柱塞组的设计5.1 柱塞的设计5.1.1 柱塞的工作条件和设计要求1、柱塞的机械负荷在往复泵运行中，柱塞的机械载荷包括周期性气体压力、往复惯性力和由此产生的侧向力。在机械载荷作用下，柱塞各部位存在不同的应力：柱塞顶部的动态弯曲应力；柱塞销座承受拉伸和弯曲应力；柱塞承受弯曲和剪应力。此外，在环槽和裙部有较大的磨损。为了适应机械负荷,柱塞的设计需要合适的壁厚和合理的形状,也就是说,保证足够的强度和刚度的前提下,结构应尽可能简单,光,和变化的过渡部分应平滑,以减少应力集中。2、磨损强烈往复泵工作时产生的侧向力较大。同时，柱塞在缸套中的高速往复运动，会使柱塞组与缸套表面产生较强的磨损。由于这里润滑条件差，磨损情况更加严重。3、柱塞组的设计要求（1）要选择热强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、减磨性好、工艺性好的材料；（2）有合理的形状和壁厚。（3）保证燃烧室气密性好，窜气、窜油要少又不增加柱塞组的摩擦损失；（4）在任何情况下都能保持柱塞与缸套的良好配合；（5）减少柱塞从燃气吸收的热量，而已吸收的热量则能顺利地散走；（6）在机油消耗低条件下，保证润滑面上有足够的润滑油。5.1.2 柱塞的材料根据上述对柱塞设计的要求，柱塞材料应满足如下要求：（1）热强度高。（2）导热性好，吸热性差。（3）膨胀系数小（4）比重小。（5）有良好的减磨性能（即与缸套材料间的摩擦系数较小），耐磨、耐蚀；（6）工艺性好，价格低廉。在往复泵中，灰铸铁以其耐磨、耐腐蚀、膨胀系数低、热强度高、成本低、制造性能好等优点，被广泛用作柱塞材料。然而，近几十年来，由于往复泵转速的不断提高，工作过程不断加强，灰铸铁柱塞逐渐被铝基轻合金柱塞所消除，比材料和导热性差这两个基本缺陷要小。综合分析，该往复泵柱塞采用铝硅合金材料铸造而成。5.1.3 柱塞头部的设计1、设计要点柱塞头部的设计要点是：（1）保证了其具有足够的机械强度和刚度，避免了开裂和产生过多的变形，因为环槽的变形必然影响柱塞环的正常工作；（2）保证温度不太高，温差小，防止热变形和热应力过大，为柱塞环的正常工作创造良好的条件，并避免顶部热疲劳开裂;（3）尺寸尽可能紧凑，因为一般压缩高度缩短1单位，整个往复泵高度就可以缩短单位，并显著减轻柱塞重量。2、压缩高度的确定柱塞压缩高度的选取将直接影响往复泵的总高度，以及缸套套、机体的尺寸和质量。尽量降低柱塞压缩高度是现代往复泵柱塞设计的一个重要原则，压缩高度是由火力岸高度、环带高度和上裙尺寸构成的，即 =+ （40）（1）第一环位置根据柱塞环的布置确定柱塞压缩高度时，首先须定出第一环的位置，即所谓火力岸高度。为缩小，当然希望尽可能小，但过小会使第一环温度过高，导致柱塞环弹性松弛、粘结等故障。因此火力岸高度的选取原则是：在满足第一环槽热载荷要求的前提下，尽量取得小些。一般往复泵，为柱塞直径，该往复泵的柱塞标准直径，确定火力岸高度为：（2）环带高度 为减小柱塞高度，柱塞环槽轴向高度应尽可能小，这样柱塞环惯性力也小，会减轻对环槽侧面冲击，有助于提高环槽耐久性。但太小，使制环工艺困难。在小型高速内燃机上，一般气环高，油环高。该往复泵采用三道柱塞环，第一和第二环称之为压缩环（气环），第三环称之为油环。取，。环岸的高度，应保证它在气压力造成的负荷下不会破坏。当然，第二环岸负荷要比第一环岸小得多，温度也低，只有在第一环岸已破坏的情况下，它才可能被破坏。因此，环岸高度一般第一环最大，其它较小。实际往复泵的统计表明，往复泵接近下限。则 ， 。因此，环带高度。（3）上裙尺寸确定好柱塞头部环的布置以后，压缩高度H1最后决定于柱塞销轴线到最低环槽（油环槽）的距离h1。为了保证油环工作良好，环在槽中的轴向间隙是很小的，环槽如有较大变形就会使油环卡住而失效。所以在一般设计中，选取柱塞上裙尺寸一般应使销座上方油环槽的位置处于销座外径上面，并且保证销座的强度不致因开槽而削弱，同时也不致因销座处材料分布不均引起变形，影响油环工作。综上所述，可以决定柱塞的压缩高度。对于往复泵，所以。则 。3、柱塞顶和环带断面（1）柱塞顶柱塞顶的形状主要取决于燃烧室的选择和设计。从柱塞设计的角度出发，为了降低柱塞组的热负荷和应力集中，希望采用加热面积最小、加工最简单的柱塞顶部形状，即平顶。大多数往复泵正是采用平顶柱塞，由于EA113 5V 1.6L往复泵为高压缩比，因而采用近似于平顶的柱塞。实际统计数据表明，柱塞顶部最小厚度，往复泵为，即。（2）环带断面为了保证荷柱塞的高热负，使环带有导热良好，不让热量过多集中在最高一环，其平均值为。槽底圆角一般为0.20.5mm。柱塞环岸锐边必须有倒角，否则当岸部与缸壁压紧出现毛刺时，就可能把柱塞环卡住，成为漏气和过热；倒角过大又使柱塞环漏气增加。一般倒角为。（3）环岸和环槽环岸和环槽的设计应保持柱塞、柱塞环正常工作。柱塞环侧隙在不产生损伤的情况下越小越好。目前，第一环与环槽侧隙一般为0.060.11mm，二、三环适当小些，为0.040.08mm，油环则更小些，这有利于柱塞环工作稳定。油环槽中必须设有回油孔，并且均匀地布置在主次推力侧面，回油孔对降低机油消耗量有重要意义，三道柱塞环的开口间隙及侧隙如表3.1所示:表5 柱塞环的开口间隙及侧隙柱塞环开口间隙/侧隙/第一道环第二道环第三道环（4）环岸的强度校核膨胀冲程开始时，第一柱塞环在爆压作用下被压在第一环组上。由于节流作用，第一个环岸以上的压力远大于第一个环岸以下的压力，不平衡力会在河岸根部产生较大的弯剪应力。当应力值超过铝合金在工作温度下的强度极限或疲劳极限时，岸根会断裂，专门的试验表明，当柱塞顶上作用着最高爆发压力时，如图21所示。已知=4.5，则， 图22 环与环槽的配合间隙及环槽结构 图23第一环岸的受力情况在通常的尺寸比例下，可假定槽底（岸根）直径，环槽深为：于是作用在岸根的弯矩为 （41）而环岸根断面的抗弯断面系数近似等于所以环岸根部危险断面上的弯曲应力 （42） 同理得剪切应力为： （43）接合成应力公式为： （44）考虑到铝合金在高温下的强度下降以及环岸根部的应力集中，铝合金的许用应力，校核合格。5.2 柱塞销的设计5.2.1 柱塞销的结构、材料1、柱塞销的结构和尺寸柱塞销的结构为一圆柱体，中空形式，可减少往复惯性质量，有效利用材料。柱塞销的外直径，取，柱塞销的内直径，取柱塞销长度，取2、柱塞销的材料 柱塞销材料是低碳合金钢，表面渗碳处理，硬度高，耐磨性好，内部冲击韧性好。表面加工精度和粗糙度要求很高，高温热稳定性好。5.2.2 柱塞销强度和刚度计算柱塞销表面受到气体压力和往复惯性力的共同作用，总的作用力，柱塞销长度，连杆小头高度，柱塞销跨度。1、最大弯曲应力计算柱塞销中央截面的弯矩为 （47）空心销的抗弯断面系数为，其中 所以弯曲应力为 即 （48） 2、最大剪切应力计算最大剪切应力出现在销座和连杆小头之间的截面上。横断截面的最大剪切应力发生在中性层上14，其值按下式计算： （49）已知许用弯曲应力；许用剪切应力，那么校核合格。5.3 柱塞销座5.3.1 柱塞销座结构设计 柱塞销座用于支撑柱塞并从柱塞上转移动力。销座应具有足够的强度和适当的刚度，使销座能适应柱塞销的变形，避免销座应力集中引起疲劳断裂。同时应具有足够的承载面和较高的耐磨性。柱塞销座的内径，柱塞销座外径一般等于内径的倍，取，柱塞销的弯曲跨度越小，销的弯曲变形就越小，销座系统的工作越可靠，所以，一般设计成连杆小头与柱塞销座开挡之间的间隙为，但当制造精度有保证时，两边共就足够了，取间隙为。5.3.2 验算比压力销座比压力为： （50）一般。5.4 柱塞环设计及计算5.4.1 柱塞环形状及主要尺寸设计该往复泵采用三道柱塞环，第一和第二环为气环，第三环为油环。 柱塞环的主要尺寸为环的高度、环的径向厚度。气环，油环，取，。柱塞环的径向厚度，一般推荐值为：当缸径为时，取。5.4.2 柱塞环强度校核1、工作状态下的弯曲应力柱塞断面的最大弯矩为： （51）由