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油隔离泥浆泵设计【9张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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油隔离泥浆泵设计

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关键词：: 隔离泥浆泵设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

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摘要

泥浆泵广泛应用于矿山、水利、煤炭钻井、石油等工业部门。它的工作条件极其恶劣，往往在高扬程、大流量的工作环境下输送含有小颗粒的混合浆液，磨损情况十分严重。为了提高泵的耐磨性能，人们将耐磨材料应用于缸套等过流部件上，或者采用特殊的工艺方法对易磨损部位进行处理。这些措施取得了一定的效果，但是所采用的材料价格昂贵，工艺复杂，增加了泥浆泵的制造、使用成本，部分材料韧性不足，耐冲击性较差，不能适应多变的工作环境，而且耐磨性也不是十分的好。因此，选用新材料，新工艺，成为解决问题的重要研究方向。工程陶瓷具有良好的耐磨性能，但是缺乏韧性是陶瓷的致命缺点。

本设计将柱塞泵与隔膜泵相结合，用油将泥浆与活塞缸隔离开来，使活塞缸远离恶劣的工作环境，从而提高其使用寿命，能以较低成本达到显著改善泥浆泵耐磨性能的目的。同时，在缸套内壁使用工程陶瓷，进一步增加其耐磨性能。

关键词：泥浆泵油隔离磨损使用寿命缸套

Abstract

Mud Pump widely used in mining, water conservancy, coal drilling, oil and other industrial sectors. It's an extremely poor working conditions, often in high-lift, the flow of the work environment of small particles containing transmission of mixed size, wear is very serious. In order to increase the pump wear resistance, people will wear-resistant materials used in the flow components such as cylinder, or to use special methods of wear and tear on vulnerable sites for processing. These measures have yielded some success, but the materials used is expensive, complicated process, an increase of the mud pump manufacture, use cost, lack of toughness of the material, the impact resistance of the poor, can not adapt to changing work environment, but also resistance Grinding and is not very good. Therefore, the choice of new materials, new technology, a solution to the problem of important research direction. Engineering ceramics has a good wear resistance, but the lack of toughness is the fatal shortcomings of ceramics.

This will be designed piston pump diaphragm pump and the integration of oil will be mud and Pistons to isolate the cylinder, piston-cylinder away from the poor working conditions, thus increasing its service life, to achieve a lower cost significantly improve the mud pump-resistant Mill performance. At the same time, the use of ceramic cylinder wall, and further increase their wear resistance.

Key words: mud pump Wear Oil isolation Use Life Cylinder

前言1

1绪论1

1.1 油隔离泥浆泵在工业中的应用1

1.2 油隔离泥浆泵的特点和工作原理1

1.3 油隔离泥浆泵的结构和形式3

2 油隔离装置6

2.1油隔离装置的结构6

2.2 油—泥浆界面的调节8

2.3 分界面的分离效果与油耗9

2.3.1分界面的分离效果9

2.3.2油耗9

2.4 油隔离装置的设计与计算10

2.4.1油罐直径与高度的确定10

2.4.2油罐壁厚计算10

3 Z形管12

3.1 Z形管的结构和作用12

3.2 z形管在油隔离泥浆泵中的配置13

3.3 Z形管的设计与计算14

4 泵阀17

4.1 阀种类和结构17

4.1.1锥形阀17

4.1.2球形阀21

4.2泵阀的材料23

4.3泵阀的破坏机理及提高阀寿命的途径25

4.3.2提高阀寿命的途径26

4.4 泵阀的设计和计算29

4.4.1阀的计算和基本理论29

4.4.2阀座设计与计算32

5 稳压室33

5.1空气式稳压室33

5.3稳压室的计算39

5.3.1预压式球形空气室39

5.3.2充气式圆筒形空气室40

5.3.3吸入空气室41

6 安全阀42

6.1 安全阀的类型和结构42

6.1.1销钉式安全阀42

6.1.2膜片式安全阀44

6.1.3 弹簧式安全阀44

6.2 安全阀设计与计算46

6.2.1销钉式安全阀46

6.2.2膜片式安全阀48

7用户手册49

7.1 操作49

7.1.1开车49

7.1.2运行50

7.1.3停车50

7.2 维修51

7.3 动力端常见故障及处理52

总结54

致谢56

参考文献57

前言

泥浆泵是固液混合物水力输送的关键设备，在石油钻探、矿井、水利等行业都有广泛的应用。泥浆泵主要用来输送含有硬质颗粒的固液混合物。被输送的固体颗粒在高速运转的活塞缸中运动，泵缸在这种非规则运动的固液混合物中工作，经受强烈的磨损破坏。效率低下和磨损严重是泥浆泵长期存在的两大难题，尤其是在硬质颗粒比较大时，泵的磨损问题更加突出，过流部件的使用寿命非常短暂，经常更换泵过流部件需要花费大量的资金和人力。近年来，我国对于在粒径较小使用条件下的高效抗磨新型泥浆泵的研究、开发和推广应用工作，已经取得了很大的进展，但是对在粗颗粒使用条件下的泥浆泵的研究、开发和推广应用工作，其进展却十分缓慢。

本课题的研究主要是针对大流量，高扬程使用条件下而设计油隔离泥浆泵。研究的目的与意义在于：

（1）通过使用新的结构、新的输送方式来改变过流部件所处环境。

（2）提高缸套及使用寿命，解决生产企业实际问题，减少泵件消耗，降低企业的生产成本，提高企业效益。

（3）将成果应用于生产，转化为生产力。

本课题研究的主要内容包括油隔离装置、阀件、稳压室、等的设计方法。

由于缺乏设计的经验，以及时间仓促。本论文中还存在不足之处，敬请各位老师指正，这将会对我以后从事设计、工作等都会有很大的帮助。谢谢指点。

1绪论

1.1 油隔离泥浆泵在工业中的应用

油隔离泥浆泵主要用矿浆和泥浆的长距离输送和厂矿区内输送。当前油隔离泥浆泵用于矿山输送料浆长达100公里以上，较活塞泵有明显的经济效果。水泥厂的水泥窑喂料，氧化铝生产中的高压溶出器的供料，火力发电厂的煤灰输送，矿井的尾矿回填和井下泥砂的排除，井下矿浆的提升，炼铁厂高炉炉灰输送和建筑工地的泥土输送等，都在使用油隔离泥浆泵。

实践证明，油隔离泥浆泵与柱塞泵或活塞泵比较，在条件相同情况下使用油隔离泥浆泵将大大节省维修费用和检修工作量。据日本三菱株式会社资料介绍，油隔离泥浆泵与一般活塞泵比较，在操作工人数和动力消耗费用相同情况下，易损件的材料费，油隔离泥浆泵只有EMSCO活塞泵的四分之一。

我国某铝厂将 YS—3活塞泵改制成油隔离泥浆泵后，设备运转率由57％提高到98%，活塞杆和活塞缸套使用寿命由5～7天提高到3个月，每年每台油隔离泥浆泵可节约几万元的维修费用。油隔离泥桨泵的优越性越明显。

油隔离泥浆泵与离心泵比较，油隔离泥浆泵由于设备庞大，占地面积大、操作麻烦、投资高等原因，因而在短时间内尚显示不出其优越性。当操作压力为4时，使用一台离心泵比油隔离泥浆泵有利。压力为8时两台离心泵串联，油隔离泥浆泵使用4年以后才有利。压力为11时离心泵三台串联，油隔离泥浆泵两年以后有利。压力为15时离心泵需四台串联，油隔离泥浆泵1.3年以后有利，压力为18时离心泵需5台串联，油隔离泥浆泵1年以后有利。由此可见，使用压力越高，油隔离泵的优越性越明显。所以国内外对油隔离泵的应用越来越重视。日本、美国、英国、加拿大、俄罗斯和非洲很多国家都广泛应用。

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内容简介：: 中期检查表指导教师：所在系部（单位）：机械与动力工程学院教研室（研究室）：精密仪器研究所题目工程用陶瓷油隔离泥浆泵学生姓名专业班级学号一、选题质量（主要从以下四个方面填写：1、选题是否符合专业培养目标，能否体现综合训练要求；2、题目难易程度；3、题目工作量；4、题目与生产、科研、经济、社会、文化及实验室建设等实际的结合程度）工程用陶瓷油隔离泥浆泵符合机械设计制造自动化专业的培养目标，并且体现了综合训练的要求；题目难易程度适当，工作量较大；该装置的设计紧密结合生产实践，广泛应用于排矿渣，钻井等生产中，能较大提高生产效率，创造巨大的经济效益和社会效益。二、开题报告完成情况主要为毕业设计做好前期准备工作，查阅相关资料，基本掌握毕业设计的方法。三、阶段性成果1、对本次设计进行了方案确定，即确定了用油隔离罐对矿浆和油进行隔离，并对Z形管、阀箱、稳压室等部分进行了设计，基本上达到了设计的目的。 2、运用AutoCAD绘制了部分零件图，并初步掌握了泥浆泵油隔离部分设计的方法。四、存在主要问题 1、主要问题在于，数据收集不够充分，论证有欠严密，整体布置不够合理，致使初步设计条理不清，复杂难懂，有待进一步的提高改进。五、指导教师对学生在毕业实习中，劳动、学习纪律及毕业设计（论文）进展等方面的评语指导教师：（签名）年月日毕业实习报告 1 实习目的通过此次毕业实习，深入了解和研究本专业在国民经济中的重要地位以及发展趋势，对冷冲压工艺、模具设计、模锻工艺、铸造工艺、热处理工艺以及模具制造工艺有更深入的了解；同时也对CAD/CAM/CAE技术的应用及快速成形技术的应用有较深的了解，提高分析问题的能力，为毕业设计收集素材。2 实习时间及地点2.1 实习时间2008年3月26日至2008年4月18日。2.2 实习地点焦作神华重型机械制造有限公司。3 神华重型机械制造有限公司简介焦作神华重型机械制造有限公司（原焦作重型机械制造有限责任公司）是集科技开发、生产经营、技术服务于一体，具有百年历史的国家二级企业，国家二级计量单位，省级文明单位，中国煤矿机械装备公司及河南省煤矿机械制造公司成员厂。公司现有职工二千多人，其中各类专业技术人员300余人，中、高级专业技术职称人员50余人。拥有固定资产5000万元，年产值7000万元，各种机加工设备300台（套），其中5m立车、5m滚齿机、大型数显落地镗、铣床等精良设备50台（套）。公司技术力量雄厚，下设机械加工、铆焊、铸造、热处理、检测及安装等分厂，有先进的理化实验、计量检测、产品检测、信息中心等。本公司面向煤矿、建材、化工、冶金、电力、环保等行业，可承揽年产120万吨煤炭设备、30万吨水泥成套设备、15万千瓦电煤磨设备及20万吨纯碱成套设备、0.630万千瓦燃煤电厂环保设备制造及安装，产品远销全国二十六个省、市、自治区，曾多次为国家重点工程配套。2000年12月获得中国方圆认证委员会质量认证中心ISO9001国际质量体系认证。公司依靠科技进步，坚持走质量效益型道路，形成了从新产品开发、生产制造、销售和服务全过程的质量保证体系。作为国家二级计量合格单位，公司拥有一套完整的质量检测系统，严格的管理程序，先进的测试设备，检测手段齐全，从原材料进厂到产品出厂，每一个环节都进行严格检查。企业设有质量测试中心，中心有九个实验室：化验室、硬度实验室、金相室、探伤室、力学实验室、热工仪表室、机械性能测试室、计量鉴定室、托辊实验室。各种检测仪器和设备30余台，主要有：大型金相显微镜，布氏硬度计，长度测试仪、超声波探伤仪、磨损试验机、高频疲劳试验机、X射线探伤仪，各种拖辊性能测试设备等。通过以上测试手段可以对我厂产品的成品，半成品以及材料的物理，化学和机械性能进行测试分析和质量控制。公司技术力量雄厚，产品设计采用计算机辅助设计和工艺，先后开发出一批具有国内先进水平的新产品，提高了产品的市场竞争力。4 离心泵图4-1 离心泵示意图4.1 离心泵的工作原理和主要部件4.1.1 离心泵的工作原理（1）离心泵的工作原理叶轮安装在泵壳内，并紧固在泵轴上，泵轴由电机直接带动。泵壳中央有一液体吸入阀与吸入管连接。液体经底阀和吸入管进入泵内。泵壳上的液体排出口与排出管连接。在泵启动前，泵壳内灌满被输送的液体；启动后，启动后，叶轮由轴带动高速转动，叶片间的液体也必须随着转动。在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中。可见，只要叶轮不断地转动，液体便会不断地被吸入和排出。（2）气缚现象当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或妨碍泵的正常操作。4.1.2 离心泵的主要部件主要部件有叶轮、泵壳和轴封装置。（1）叶轮叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能(主要增加静压能)。叶轮一般有612片后弯叶片。叶轮有开式、半闭式和闭式三种。开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体，一般的离心泵叶轮多为此类。叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。（2）泵壳泵壳作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置。（3）轴封装置轴封装置作用是防止泵壳内液体沿轴漏出或外界空气漏入泵壳内。常用轴封装置有填料密封和机械密封两种。填料一般用浸油或涂有石墨的石棉绳；机械密封主要的是靠装在轴上的动环与固定在泵壳上的静环之间端面作相对运动而达到密封的目的。4.2 离心泵的类型离心泵的种类很多，化工生产中常用离心泵有清水泵、耐腐蚀泵、油泵、液下泵、屏蔽泵、杂质泵、管道泵和低温用泵等。以下仅对几种主要类型作简要介绍。4.2.1 清水泵清水泵是应用最广的离心泵，在化工生产中用来输送各种工业用水以及物理、化学性质类似于水的其它液体。最普通的清水泵是单级单吸式，其系列代号为“B”，如3B33A型水泵，第一个数字表示该泵的吸入口径为3英寸（76.2mm），字母B表示单吸悬臂式，33表示泵的扬程33m，最后的字母A表示该型号泵的叶轮外径比基本型号小一级，即叶轮外周经过一次切削。如果要求压头较高，可采用多级离心泵，其系列代号为“D”。如要求的流量很大，可采用双吸式离心泵，其系列代号为“Sh”。4.2.2 耐腐蚀泵输送酸碱和浓氨水等腐蚀性液体时，必须用耐腐蚀泵。耐腐蚀泵中所有与腐蚀性液体接触的各种部件都须用耐腐蚀材料制造，如灰口铸铁、高硅铸铁、镍铬合金钢、聚四氟乙烯塑料等。其系列代号为“F”。但是用玻璃、橡胶、陶瓷等材料制造的耐腐蚀泵，多为小型泵，不属于“F”系列。4.2.3 油泵输送石油产品的泵称为油泵。因油品易燃易爆，因此要求油泵必须有良好的密封性能。输送高温油品（200以上）的热油泵还应具有良好的冷却措施，其轴承和轴封装置都带有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。其系列代号为“Y”，双吸式为“YS”。4.2.4 屏蔽泵屏蔽泵是一种无泄漏泵，它的叶轮和电机联为一整体并密封在同一泵壳内，不需要轴封装置。近年来屏蔽泵发展很快，在化工生产中常用以输送易燃、易爆、剧毒及具有放射性的液体。其缺点是效率较低。4.3 离心泵的气蚀现象离心泵的气蚀现象是指被输送液体由于在输送温度下饱和蒸汽压等于或低于泵入口处(实际为叶片入口处的)的压力而部分气化，引起泵产生噪音和震动，严重时，泵的流量、压头及效率的显著下降，显然，气蚀现象是离心泵正常操作所不允许发生的。避免气蚀现象发生的关键是泵的安装高度要正确，尤其是当输送温度较高的易挥发性液体时，更要注意。4.3.1 离心泵的安装高度Hg允许吸上真空高度Hs是指泵入口处压力p1可允许达到的最大真空度。而实际的允许吸上真空高度Hs值并不是根据式计算的值，而是由泵制造厂家实验测定的值，此值附于泵样本中供用户查用。位应注意的是泵样本中给出的Hs值是用清水为工作介质，操作条件为20及及压力为1.013105Pa时的值，当操作条件及工作介质不同时，需进行换算。(1) 输送清水，但操作条件与实验条件不同，可依下式换算：Hs1Hs(Ha10.33)(H0.24)(2) 输送其它液体当被输送液体及反派人物条件均与实验条件不同时，需进行两步换算：第一步依上式将由泵样本中查出的Hs1；第二步依下式将Hs1换算成Hs4.3.2 汽蚀余量h对于油泵，计算安装高度时用汽蚀余量h来计算，即：用汽蚀余量h由油泵样本中查取，其值也用20清水测定。若输送其它液体，亦需进行校正。从安全角度考虑，泵的实际安装高度值应小于计算值。当计算之Hg为负值时，说明泵的吸入口位置应在贮槽液面之下。5 单体液压支柱和液压支架5.1 单体液压支柱单体液压支柱与金属顶梁配合，供煤矿一般机械化普采工作面支护顶板用，亦可供综合机械化采煤工作面端头支护或工作面临时支护用，它适用于煤层倾角小于25的缓倾斜的回采工作面，采取一定的措施时亦可用于倾角为2535的回采工作面。 5.2 临时单体液压支柱矿用临时单体液压支柱适用于煤矿井下巷道维护、端头掘进过程中的临时支护作业，也可用于其他矿山和岩土工程中需要临时支护的场合。主要优点：优点1：采用玻璃新材料、新工艺；轻便实用，性能可靠，操作简单，维护方便；优点2：初撑力大，工作阻力大，护顶更安全；优点3：耐腐蚀性能好，工作液体可直接使用经过过滤的矿井压力水，必要时另配注水泵站。图5-1 单体液压支柱5.3 液压支柱液压阀的密封技术分析液压支柱中各种液压阀的使用寿命很低，国外解决的途径和办法是提高系统的过滤精度和提高乳化液的质量，但收效不大。液压支柱是采煤机械中的支护设备，经过大修在井下一般可使用五年，但是液压支柱中各种液压阀的使用寿命却很低，长的3个月，短的只有几个星期，国外解决的途径和办法是增加系统的过滤精度和提高乳化液的质量，但收效不大。以英国某液压阀为例，虽然加工精度及整个液压系统的过滤精度都比较高，但因使用寿命低，已在我国面临淘汰。5.3.1 影响液压阀密封性能的主要因素密封元件损坏的主要因素是工作液中的杂质。这些杂质在密封元件间研磨，使阀产生泄漏。因此，国外曾提出相应等级的液压元件，应采用相应精度的过滤器。他们认为5M的油泵密封元件，如果采用过滤精度为3M的过滤器，寿命可比采用10M的提高10倍。但液压支柱用阀，工作环境十分恶劣。在采煤工作面，油管总长1000多米，接头插口多达4000多个，液箱无特殊的防尘设施。乳化液中有大量的漂浮杂质，在立柱缸底和阀腔，留有较多的煤粉、岩粒和铁屑。进液阀芯和阀座，由于开启关闭比较频繁，液体流速高，密封很快就会失效。实践证明减少支架液压系统液体的污染杂质，是十分困难的，有人曾经设想在乳化液泵站采用高压过滤器，同时在每台支架进口处增加小型过滤器。但在工作中很快被堵塞，形成断流。另一方面，随着液压支柱技术的发展。对阀的使用性能和阀的使用寿命提出了更高的要求。目前，在装有120目时的过滤器和磁过滤装置的条件下，通过被测试阀的乳化液的总流量和阀的启闭次数，来计量阀的寿命。但实际上室内型式试验与井下实际工作结果相差很大。现在许多国家的形式实验，增加了抗污染要求，有的是在乳化液中掺入适当的煤粉，有的是加入机械杂质。为此，需要使用新型的、抗污染能力强的、适合于井下工作条件的密封副。5.3.2 液压阀密封材料的历史及现状阀芯和阀座接触面的泄漏，是工作液体分子挤入的结果。影响密封效果的主要原因是阀芯和阀座的接触比压、不平度及压差。当阀芯与阀座的接合面以P力压紧，工作液体分子以F力挤入，密封材料会产生弹性变形。如果密封副总抗力大于分子斥力，则密封有效，否则就会形成泄漏。早期的液压支柱，运动副之间没有其他密封措施，是金属直接接触密封，即要求密封副接触平面吻合，具有较高的加工精度，否则必须加大密封副的结合力，使接触表面产生塑性变形，堵塞泄漏通道。5.3.3 煤矿液压支柱用山型圈图5-2 煤矿液压支柱用山型圈示意图用于液压缸，立柱活塞作高压单向密封.在乳化液介质中，100300公斤/平方厘米压力下，作高速往复运动300次/分，行程80m/m多采用夹织物，具有良好耐磨性，与布的粘着性耐乳化液浸蚀，物理机械性能优良密封可靠，使用寿命长。5.3.4 支柱的焊接为了提高钢的耐磨和防腐等性能，对矿用抗炮崩单体液压支柱表面要进行氮化处理.然而氮化对焊缝组织和性能（主要指韧性）有何影响，其机理如何，对工艺的要求不明确，有时，造成单体柱运输使用中产生脆性断裂等现象，出现严重后果。结合我厂产品，在27SiMn材料中用CO2气体保护焊和氮化，通过对比试验和金相分析，研究氮化和焊接的先后顺序及氮化对焊缝组织和性能的影响，对产品的工艺进行了相应的调整。为了有效地防止脆性断裂，必须克服在焊缝区发生高温回火脆性。因此，在编制工艺时应尽量避开此温度区间或缩短在此停留时间。工艺路线为调质、氮化、空冷、焊接的顺序。焊接坡口的加工，安排在氮化后进行。这样避免脆性组织的形成，以利于提高焊缝的韧性，杜绝脆断事故的发生。改变工艺路线后，未发现焊缝有脆断现象，用户反映良好。采用先氮化后焊接的工艺生产单体柱安全可靠，具有良好的经济效益和社会效益，有重要的推广应用价值。5.3.5 液压油煤矿液压支架用浓缩传动液，包括缓蚀剂、润滑剂、水及其它添加剂等组分，所说传动液的特征在于其组分含量（重量）为：油酸三乙醇胺皂，磺化油，羟基苯三唑，乙二醇，乙二醇丁醚，乳化硅油及余量水。5.3.6 单体支柱新型塑料柱帽适用于煤矿采煤工作面单体液压支柱和摩擦支柱支护。该柱帽内有顶盖腔，在顶盖腔底侧中部有沉孔，沉孔周围有台阶，台阶的四角各有一个爪孔，柱帽的周边向内弯有折边，用增强塑料制造。它能和单体支柱顶盖紧密嵌镶，且不易脱离。单体支柱戴上这种柱帽可以改善支护、防止倒柱，并能反复使用，减少坑木消耗。5.4 液压支架液压支架是以高压液体作动力，由液压元件与金属构件组成的一种支撑和管理煤炭矿山井下采面顶板的设备。它的出现极大地提高了劳动生产率，因而广泛地应用于现代化矿山的机械化工作面。其大体如下图5-3：图5-3 液压支架示意图液压支架是一种利用液体压力产生支撑力并实现自动移设来进行顶板支护和管理的一种液压动力装置，是综合机械化采煤不可缺少的配套设备。5.4.1 液压支架的特点（1）支架稳定性好，不倒架；（2）护顶面积大，放顶煤不用铺网；（3）移架速度快；（4）可用于松软底板工作面；（5）采高增大，支护力调节范围宽；（6）后排可增加支柱，以加强切顶能力；（7）运输方便，组装简单。5.4.2 适用范围地质条件相对稳定，煤层倾角应16，当1630时采用防滑措施。炮采一次采全高，炮采放顶煤整体顶梁组合支架与传统的分体悬移支架区别有如下优点：放顶煤不用铺网。由于支架的顶梁全部连为一提，其对顶梁掩护90%，与综采支架相同，所以，放顶煤不用铺网。(金属丝网按4元/T煤计算，年产20万吨就可节约资金80万元，按3万元/架计算50米的工作面支架投资150万元，出38万吨煤就可收回支架投产品。5.4.3 液压支架的类型（1）支撑式液压支架；（2）掩护式液压支架；（3）支撑掩护式液压支架。液压支架的类型主要是支撑式液压支架，（其又分为垛式液压支架和节式液压支架）掩护式和支撑掩护式液压支架，支撑式液压支架现在用的已经不多了，故这里重点介绍掩护式及支撑掩护式液压支架。5.4.4 掩护式及支撑掩护式液压支架特性及工况分析（1）掩护式及支撑掩护式液压支架工作原理掩护式及支撑掩护式液压支架有单铰式与双铰式两种主要类型。单铰掩护式支架随采高的变化，顶梁尖端（铰点）围绕支架的后铰点作圆弧运动，因此支架的空顶距随采高的变化而变化，使支架前端无支护空间增大，不利于顶板控制。（见图5-4）采用带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式），随采高的变化顶梁尖端的运动曲线为双纽线，根据双纽线的特点，在设计中可以使顶梁尖端在采高范围内呈近似垂直层面的直线运动，以保证在支架有效采高范围内，使顶梁尖端距煤壁的距离不变。此外，带四连杆的掩护式及支撑掩护式支架（双铰式）具有承受水平力的能力。（见图5-4）图5-4 单铰式与双铰式掩护式支架顶梁尖端运动曲线液压支架的液压系统由立柱、推移千斤顶、操纵阀、控制阀（安全阀、液控单向阀）、软管等组成。（见图5-5）通过操纵阀和控制阀，液压支架可完成以下动作(立即支护式)：A 降柱、拉架：采煤机通过该支架、顶板暴露后，立即降柱、拉架；B 升柱：支架被拉到新位置后，升柱，使支架撑紧顶板；C 推溜：支架撑紧顶板后，利用推移千斤顶推溜。图5-5 液压支架的液压系统（2）初撑力与工作阻力（屈服载荷）：升柱后，高压液体进入液压支架各立柱的活塞腔，立柱逐渐升起直至顶梁与顶板紧密接触为止；与此同时，在立柱活塞腔内的高压液体的压力迅速增大到液压泵的工作压力。当高压液体充满活塞腔时，液控单向阀关闭，将高压液体锁在活塞腔内。此时，工作在泵的工作压力下的高压液体压力称初撑压力，支架（所有立柱）对顶板的支撑力称初撑力。支架达到初撑力后，顶板不断下沉，活塞腔的体积不断变小，活塞腔内高压液体的压力不断增大。为保护液压支架的立柱不被高压液体损坏，在活塞腔的液压回路中设安全阀（又称屈服阀）。当顶板下沉，活塞下缩到610mm时，若顶板再继续下沉，安全阀（屈服阀）动作，从活塞腔内放出一点高压液体，使活塞腔内高压液体的压力保持在安全阀调定的压力下。此时，工作在安全阀调定压力下的高压液体压力称安全阀工作压力（屈服压力），支架（所有立柱）对顶板的支撑力称工作阻力（即屈服载荷）。支架的工作阻力是液压支架的主要参数，工作阻力决定支架结构尺寸，支架的支撑能力。关于支架的工作阻力，有两种观点：A 加大工作阻力：支架适应性强，可靠性强，使用寿命长，减少使用过程中维修，安全，但制造费用高；B 支架工作阻力必须与顶板条件相适应，只要支架能控制住整个工作面的顶板下沉与压力，保持控顶区内顶板的完整与可靠即可。加大工作阻力，使支架重量大、造价高、装运使用都不方便。两种观点各有道理，支架的工作阻力有逐渐增大的趋势，要设计“支架系列”。目前，工作阻力高达400t。初撑力也是液压支架的主要参数，初撑力大，立柱能很快达到工作阻力，减少顶板下沉量，避免顶板的离层，改善支护性能。但初撑力过大易破坏直接顶。目前：P初（0.3-0.8）P工式中 P初初撑力；P工工作阻力。初撑力有增大趋势。（3）掩护式及支撑掩护式液压支架特性曲线：A 一个开采循环内支架阻力变化曲线（见图5-6）图5-6 支架阻力变化曲线（resistance-支架阻力，time-时间）在一个开采循环内支架阻力变化有以下几个阶段：a 支架前移、重新支撑顶板后，在短时间ta（1020秒）内达到初撑压力Ps，(o-s)为支架的初撑阶段；b 顶板开始下沉，支架的阻力在ta时间内迅速增大直至平衡状态为止，(s-a)为支架阻力迅速增加阶段；c 当支架与顶板达到相对平衡时，支架阻力处于稳定状态，(a-b)为支架的稳定阶段；d 当采煤机接近支架时，支架阻力增大，(b-c)为截割影响阶段；e 最后，当相邻支架降柱移架时，顶板载荷突然转移到该支架，在很短时间内（一般为13分钟），该支架阻力迅速增加，(c-d)为又一次迅速增大阶段；f 当支架降柱、前移时，其阻力迅速降至零，此阶段为(d-e)。在一个开采循环内，支架阻力的变化从0经s,a,b,c,d至e。B 一个开采循环内支架阻力实际变化曲线（见图5-7）图5-7 实测支架阻力变化曲线根据现场实际观测资料分析，在一个开采循环内支架阻力的变化与图5-6所表达的曲线有时不同。观测表明：不同支架，其阻力变化曲线不同；同一支架在不同循环内，其阻力变化曲线也不同。一个开采循环内支架阻力变化的实际曲线，大体上可归纳为以下几类：a 阻力迅速增大型：如图5-7a，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，其特性曲线类似图5-7a的曲线。b 阻力迅速增大到工作阻力（屈服载荷）型：如图5-7b，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力。此后，立柱的阻力继续增大，很快达到立柱的工作阻力（屈服载荷）。此时，安全阀开启，高压液体从安全阀泄出，随顶板下沉，立柱的阻力不变，直至支架降柱前移为止。c 阻力迅速增大到工作阻力后，阻力继续增大型：如图5-7c，当工作面有周期来压时，工作面顶板压力增大，使该支架处于工作阻力状态，与增大的顶板压力保持平衡。当相邻的支架降柱、前移时，顶板载荷立即转移到该支架上，该支架的阻力增大如此之快，以至安全阀还来不及打开释放高压液体，从而导致支架的工作阻力迅速增大并暂时地高于支架的工作阻力。d 阻力缓慢增大型：如图5-7d，支架的阻力在整个循环内不断地、缓慢地增大，但一直未达到其额定的初撑力，只有当相邻支架降柱移架时，支架阻力才达到或超过支架的额定初撑力。该压力变化曲线常常出现在两次周期来压之间。e 低阻力型：如图5-7e，支架的阻力在整个循环内都低于其额定的初撑力。这种情况的出现，常常是因为长壁工作面顶板条件的复杂、支护条件的不同而造成顶板压力的不均匀性。f 阻力的降低型：如图5-7f，支架支撑后，立柱的阻力迅速增大，达到或超过立柱的额定初撑力，此后在整个循环内，支架阻力不但不升高反而逐渐降低，直至降柱、移架为止。评价：a型：支架阻力不超过工作阻力，但始终在额定初撑力之上，若能适当地选择初撑力。这是最理想的一种工作状况。b型：支架在大部分时间里都处在工作阻力的条件下。若适当设计其工作阻力，且在此工作阻力期间顶板下沉不会引起任何较大的顶板控制问题。这也是较好的工作状况。c型类似b型,只是在邻架降柱、移架时支架阻力才会突然超过工作阻力。因此，这就要求支架采用快速或大流量安全阀。d、e、f型，表示支架处于不良的工作状态。d型和e型，支架阻力在额定初撑力以下，始终也不能达到工作阻力。支架阻力缓慢增大，可能是由于压碎支架下方的岩石碎屑或底板凹凸不平造成。e型表示顶板条件更加恶劣，可能会在工作面线前方引起支承压力的高度集中，造成煤壁严重的片帮。其结果使工作面顶板的无支护空间大大地增加。f型的工作状况，是由于不断恶化的软弱顶板或底板而引起的。5.4.5 带四连杆的掩护式及支撑掩护式液压支架支撑能力及顶梁上载荷分析支撑能力含义：支撑能力是指当液压支架的所有立柱和千斤顶都达到工作阻力时顶板作用在支架顶梁上的载荷。顶梁上载荷：顶梁上载荷是指当液压支架的立柱和千斤顶未达到工作阻力时顶板作用在支架顶梁上的载荷，该载荷可根据所测得的立柱载荷换算成顶板作用在顶梁上的载荷。掩护式及支撑掩护式液压支架的支撑能力及顶梁上载荷，不等于支架所有立柱工作阻力之和或实测阻力之和，因为立柱不与顶梁和底座垂直，同时四连杆机构还要承受一部分顶板载荷。影响掩护式及支撑掩护式液压支架支撑能力及顶梁上载荷的因素很多，主要有：A 每个立柱及有关千斤顶的工作阻力或实测阻力；B 水平力的大小和方向；C 支架各构建的尺寸，如顶梁的长度、掩护梁的长度、前柱与后柱之间的距离、四连杆的长度等。D 立柱与垂直线之间的夹角、掩护梁与水平线之间的夹角（即掩护梁的倾角）、四连杆与水平线之间的夹角（即四连杆的倾角），所有这些夹角都随支架的高度变化而变化。5.4.6 四柱支撑掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷四柱支撑掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图5-8：Qx=mQy式中 Qy作用在顶梁上的垂直力Qx 作用在顶梁上的水平力顶梁与顶板之间的摩擦系数, m=00.3（为水平力指向采空区，为水平力指向工作面）图5-8 四柱支撑掩护式液压支架结构尺寸以顶梁为分离体：Fy=0 Qy = P1cosq1+P2cosq2+Ry (5-1)Fx=0 Rx = Qx-P1sinq1-P2sinq2 Rx=Qy-P1sinq1-P2sinq2 (5-2)以掩护梁为分离体：M0=0 Ry = Rxtana (5-3)从（4-1-1）、（4-1-2）、（4-1-3）得Qy的值：（5-4）若R1, R2, R R3, R4, H1, R5, R6, R7, R9, R11, R12, R13和为已知（5-5）（5-6）（5-7）（5-8）若P1,P2 为额定工作阻力，则Qy 为支架支撑能力；若P1,P2 为实测阻力，则Qy为顶梁上的载荷。Qy 距绞点J(x,y)的距离XX=(R12P1cos1+R13P2cos2)/Qy (5-9)根据公式（5-1）公式（5-9）可计算出不同尺寸的支撑掩护式液压支架在不同高度时的支架支撑能力或顶良上的载荷。图5-9为4柱450吨支撑掩护式支架支撑能力随支架高度的变化曲线（以掩护梁倾角表示）。为顶梁与顶板之间的摩擦系数。图5-9 4柱450吨支撑掩护式支架支撑能力随支架高度的变化曲线5.4.7 四柱掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷四柱掩护式支架支撑能力及顶梁上载荷计算方法见图5-10：图5-10 四柱掩护式液压支架结构尺寸以顶梁为分离体：Fy=0 Qy = P1cosq1+Ry (5-10)Fx=0 Rx = Qx-P1sinq1 Rx= Qy-P1sinq1 (5-11)以掩护梁为分离体：M0=0 Ry=(P2D+Rxh)/C=Rxtana+P2D/C (5-12) (5-13)若：R1, R2, R, R3, R4, H1, R5, R6, R7, R8, R9, R11, R12和为已知（5-14）（5-15）（5-16）（5-17）（xd,yd）是点d(立柱与掩护梁交点)坐标若P1,P2 为额定工作阻力，则Qy 为支架支撑能力；若P1,P2 为实测阻力，则Qy为顶梁上的载荷。Qy 距绞点J(x,y)的距离XX=R12P1cos1/Qy根据公式（5-10）公式（5-17）等，可计算出不同尺寸的四柱掩护式支架在不同高度时的支架支撑能力或顶梁上的载荷。5.4.8 液压支架卸载系统存在问题分析（1）现有系统特点：图3-11所示为液压支架压传动系统原理图。图5-11支架液压系统原理图1. 立柱2. 安全阀3. 液控单向阀4. 换向阀A 初撑换向阀4处于升柱位置，液压泵送来的高压液体经液控单向阀3进入立柱1下腔，立柱1上腔排液，使支架立柱升起支撑顶板。当立柱下腔压力达到支架液压系统动力泵站工作压力后，阀4切换至中位，阀3关闭，立柱下腔油液被封闭，实现支架对顶板的初撑。B 承载支架支撑后，随着顶板岩层下沉液压支架产生弹性压缩，立柱下腔被封闭的液体压力随之迅速弹升，呈增阻状态；当立柱1下腔油液压力超过安全阀2的动作压力时，高压液体经阀2溢出，低于阀2的动作压力时，安全阀关闭，呈恒阻状态。这一过程称为支架承载阶段，支架的承载载荷称为工作阻力。C 卸载当阀4处于降柱位，高压液体进入立柱1上腔，同时打开液控单向阀3，立柱下腔排液，实现立柱卸载下降。综上所述：液压支架在升柱、支撑到降柱的三个过程中具有三性、即增阻性，恒阻性和可缩性。以国产QY200-1431型掩护式液压支架为例来进行分析。支架主要参数：初撑力：1.4151.577MN(系统压力p31.4MPa)工作阻力：1.7461.952MN(系统压力p38.5MPa)立柱缸径：D160mm液压行程：L870mm伺服阀通过触头接收样件的机械信号，转变为流量和压力信号控制刀架缸的随动，同时借助摇臂实现反馈控制，构成闭环机械反馈控制系统。为适应各种仿形加工的需要，伺服阀的触头可以在360方向上接收信号，也可以只在一个方向接收信号。D 样件支架样件支架6根据需要或操作的方便性可安装在工作台的左侧面或右侧面。样件支架上装有刻度尺和微调器，刻度尺用于对样件位置的粗调，微调器用于精调。(2) 承载阶段分析支架工作立柱的液压行程通常在600mm左右，可求得立柱下腔工作液体容积12064。液压支架使用的工作液体为水包油乳化液，其弹性模数实际上与水的弹性模数没多大差别，水的弹性模数大约在22.1GPa，可推得水包油乳化液的压缩系数（4.75）10-10m2N。在不计管路、立柱缸变形时，立柱下腔内工作液体压缩后容积变化为：VVO（PHPO)4.810101206438.51060.22L式中PO支撑顶板前立柱下腔液体压力，PO0。(3) 卸载阶段分析在极短时间内爆发性的能量释放，必然引起系统剧烈的冲击、振动，这就是在工作现场所能听到沉闷的“咚!咚!”响雷声，导致元件不必要损伤、系统寿命降低。（4）系统改进防止在极短时间内爆发性能量释放产生的恶果，关键在于处理V的问题。即在支架立柱上腔得到工作液体，实现支架降柱之前必须使立柱下腔有效地卸压。改进成如图5-12所示系统，在安全阀2的遥控口上接一手动二位二通换向阀5。在换向阀4实现降柱之前，先让阀5导通后再操纵换向阀4，由于两阀的操作存在时间差，方便地实现立柱下腔高压液体的压缩能量通过二位二通换向阀5和安全阀2的先行导通逐步释放后，工作液体进入立柱上腔，才进行降柱动作。防止在极短时间内爆发性能量释放产生的恶果，关键在于处理V的问题。即在支架立柱上腔得到工作液体，实现支架降柱之前必须使立柱下腔有效地卸压。改进系统，在安全阀2的遥控口上接一手动二位二通换向阀5。在换向阀4实现降柱之前，先让阀5导通后再操纵换向阀4，由于两阀的操作存在时间差，方便地实现立柱下腔高压液体的压缩能量通过二位二通换向阀5和安全阀2的先行导通逐步释放后，工作液体进入立柱上腔，才进行降柱动作。（5）结论由于煤炭矿山井下工作面空间狭小，各种机器设备运行产生的噪声掩盖了支架立柱下降时所产生的沉闷轰鸣声。卸压回路的故障，造成液体元件、管件的破裂及整机连接件的松脱，不仅影响液压支架的正常工作，还导致液压支架整体寿命的降低。液压支架价格又十分昂贵，因而由立柱(立式油缸)下腔中油液被压缩后所形成的潜在液压系统故障，应引起人们足够的重视了。实习体会将近一个月的毕业实习结束了，在这期间我们在焦作神华重型机械制造有限公司进行参观实习，在老师和工厂技术人员的带领下看到了很多也学到了很多，让我在实践、观察中有了新的领悟和认识。在这个科技时代中，高技术产品品种类繁多，生产工艺、生产流程也各不相同，但不管何种产品，从原料加工到制成产品都是遵循一定的生产原理，通过一些主要设备及工艺流程来完成的。因此，在专业实习过程中，首先要了解其生产原理，弄清生产的工艺流程和主要设备的构造及操作。其次，在专业人员指导下，通过实习过程见习产品的设计、生产及开发等环节，初步培养我们得知识运用能力。毕业实习的心得体会概括起来有以下几方面：1. 了解了机械制造生产过程中危险因素，每一次进厂都要做一次安全介绍，每个工厂的工作工况不一样，安全隐患都不同，增强了我们的安全意识。2. 了解了机械产品流水线生产，对于大批大量生产，专用机械特别多，对精度，效率都有提高。3. 了解了机械产品的质量标准、技术规格、使用要求。4. 社会工作能力得到了相应的提高，在实习过程中，我们不仅从企业职工身上学到了知识和技能，而且感到了生活的充实和学习的快乐，以及获得知识的满足。真正的接触了社会，使我们消除了走向社会的恐惧心里，使我们对未来充满了信心，以良好的心态去面对社会。同时，也使我们体验到了工作的艰辛，了解了当前社会大学生所面临的严峻问题，促使自己努力学习更多的知识，为自己今后的工作奠定良好的基础。5. 增进了我们的师生和工友的感情，从这次毕业实习的全过程来看，自始至终我们都听从老师和工人师傅的安排，严格要求自己，按时报到，注重安全。作为即将步入社会的大学生，要有好的发展确实要做到心态上的转变和步入岗位后的主动。进入社会后自己将不再是家里、学校里的天之骄子，如果不做到心态上的转变就无法融入单位，融入整个社会。其次，步入社会参加工作要做到主动，主动将自己的才能才华展现出来，让自己的所学得到淋漓尽致的充分发挥，让自己的能力得到承认，得到升华。此次实习让我了解到了当前行业新知识、新技术和现代化生产情况，提高了自己的实践能力，培养了自己吃苦耐劳的精神，为更顺利的完成毕业设计提供了实践依据，为了解机械行业企业发展的现状与方法提供了参考，为将来工作打好了坚实的基础。在这将近一个月中，让我们初步从理性回到感性的重新认识，也让我们进一步的认识了这个社会，对于以后做人所应把握的方向也有所启发。纵观此次实习，我们真正到达机械制造业的第一前线，了解了我国目前制造业的发展状况，也初步了解了机械制造业的发展趋势。在新的世纪里，科学技术必将以更快的速度发展，更快更紧密得融合到各个领域中，而这一切都将大大拓宽机械制造业的发展方向。在此，我要再次感谢我的导师刘传绍及张昌娟老师，以及关心帮助我的同学和一线的工人师傅。27 机械设计制造及其自动化专业毕业外文翻译7翻译译文：大尺寸塑料模具钢AISI.P20钢的淬火过程设计大尺寸的AISI.P20钢，用于厚度不小于200mm的塑料模具钢，为获得一定的淬硬层，适当的热处理过程是十分关键的。本文就AISI.P20钢的不同热处理过程如油淬，直接水淬，水淬前预冷和自我回火，做了计算机模拟的数字调研，对数学模型热处理过程细节做了讨论，包括局部热传递的不同反应式，热物理性质，潜热，热传递系数和相变计算，结果显示；预冷水淬和自我回火，不仅能有效地防止淬裂，而且比油淬获得更深的淬硬层关键词：计算机模拟，热处理过程，AISI.P20钢，塑料模具1. 前言AISI.P20钢，塑料模具钢，通常淬硬前硬度值大约3036HRC。P20钢应该有均匀的硬度，在同一截面上，硬度值最大不超过3HRC，这就要求共析铁素体尽可能少。AISI.P20钢，0.28%0.40%C,0.20%0.80%Si,0.60%1.00%Mn,1.402.0%Cr,0.30%0.553%Mo,0.03%S,0. %03P。油淬时钢的最大厚度不应超过150mm。厚度超过150mm的大尺寸的钢，为获得一定的淬硬层，适当的热处理过程是非常关键的。然而热处理过程是包括热传递现象，冶金性，力学现象等复杂的过程。它很难或者说不可能用分析的方法来正确而有效地描述所有的物理现象。所以，在过去，热处理过程的建立只是根据经验，而缺乏科学依据。近年来，计算机模拟使其有了巨大的进步。进行温度与相度应力的耦合。3D非线性有限元素分析、相变动力的计算、对急剧转变边界条件的处理等。这些计算结果为引导制造业的计算机模拟，提供了一些基本法则。本文中，分析由计算机模拟的AISI.P20钢的不同热处理过程，提出预冷水淬和自我回火。2. 热处理过程的数学模型2.1热传递过程中，局部不同的反应：大尺寸钢在热处理过程中的导热量，可以通过3D模型局部不同反应方程计算出来 (1)边界条件和初始条件为：是导热性，是比热容，q是内热源是垂直于表面的温度梯度，是表面温度，是淬火介质温度， n是传热系数。边界条件与初始条件作为钢的表面温度的函数输入。在分析瞬时温度时，3D有限元分析法解传热方程用前一个反应式，当时间范围是离散的，用后一个反应式。这里的代表模具导热率，代表模具热容率，是供热介质。热物理性质：图1 在AISI P20钢上不同微观组织的热物理性质：（a）导热率（b）比热（c）密度（M=马氏体，B=贝氏体，P=珠光体，F=铁素体，A=奥氏体）上述图1显示：热物理性质是相成分和温度的函数，可表示为（5）这里的代表，是第k相的体积分数，k分别表示为A（奥氏体），M（马氏体），B（贝氏体），P（珠光体），F（共析铁素体）潜热由相变产生的内热源的密度由（6）计算（6）这里的是当奥氏体转变的时候，每单位奥氏体与每单位第k相的差值。如表-1所示。是第k相在中的体积分数。热传递系数当在空气中冷却时，综合的热传递系数包括：辐射传递系数和对流转移系数，即（7）辐射传递系数，表示为：（8）这里是表面热辐射系数，本文中取为0.6，是Stefan-Boitzmann常数，=5.768在空气中冷却的对流转移系数的经验公式可近似地表述为（9）油和搅动的水的热传递曲线是用反向热传递的方法取得(IHTM)。首先，从数据采集系统取得冷却曲线；这个数据采集系统在不同位置有平探头，尺寸120mm120mm20mm，如图2所示。然后，这些冷却曲线输入基于ZHTM的有限差系统。从而计算出热传递系数。图3所示是计算之中和搅动的水的热传递系数。用的槽车，尺寸为4.5m7.5m4m。 2.5相变计算在热处理中的相变通常分为扩散型相变和元扩散型相变（马氏体转变）对扩散型相变，持续的冷却曲线可能被打断，在极短的时间间隔的恒温区。孕育期采用的是Scheil可加性法则来确定，也就是标志相转变开始时间John-Mchl-Avraml公式用来确定潜伏时间和评定微观组织的体积分数 Scheil可加性法则：（10） John-Mehl_Avarami反应式：（11）潜伏时间：（12）潜伏期体积分数：（13）真正的体积分数：（14）这里表示在一定T下的潜伏期，表示在一定温度下短暂的等温时间。b和n是两个常数，它们由TTT图上是新相体积分数从1%和99%的两条不同曲线得到。和是新相在 i-1

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