《地下注浆工艺中的旋转喷浆机构设计案例》4100字

地下注浆工艺中的旋转喷浆机构设计案例综述目录TOC\o"1-2"\h\u273791.1固定件 1230161.2刀片环 25251.3轴系的设计以及装配 342911.4总体设计 8这一部分是该毕设的一个重点项目。如果说之前的龙门架设计是为了整个系统做基础，那么这个旋转喷浆机构就是该毕设的核心项目。在讨论该机构的构成时，需要注意该项目需要完成的目标。这些目标分别是：需要将速凝水泥导入到所需要的位置。这需要的不仅是一个可靠的水泥泵以泵送水泥，还需要是一根足够长、足够坚固的空心钢管，另外考虑到与水源接触，长期暴露在潮湿环境下，还需要对作为泵送水泥的钢管做可能的防锈处理以免出现故障。速凝要求。在这里除了对水泥自身的要求之外，还需要的是对已经被泵送到指定位置的水泥进行快速搅拌以达到使水泥摊到较薄的状态，从而达到快速凝固的要求。因此在（1）的条件下还需要设计一套搅拌装置以达到以上目的。传动要求。在（2）中已经提出，需要设计一套传动装置以满足设计要求。在定型电动机的同时，还需要考虑的是传动方式。在考虑到包括经济性、实用性和可能的失效形式后，需要对以下的传动方式进行讨论和选择：蜗杆传动、齿轮传动、皮带传动、链条传动等。通过以上的要求不难看出，在这里需要设计一个将水泥泵送到指定位置的机构的同时还要满足对水泥进行搅拌以快速成型的旋转机构。很明显，在这里直接在作为水泥导管的钢管上设计一套旋转机构并不现实，因此需要在导管上设计一套拥有内外两层钢管的轴系作为传动装置的核心机构，并且为其做好密封以防止水泥倒灌入轴承和两钢管之间以造成卡顿的故障可能性，同时也要注意该机构的易于维护性以避免过于复杂的维护造成不必要的麻烦。1.1固定件这一零件是在Z轴上的固定件，在起到需要将旋转机构和驱动这一旋转机构的电机固定在Z轴上，随着Z轴进行上下移动的固定作用的同时完成部分对电动机和轴系的保护作用，该零件使用螺栓固定，同时使用螺栓固定在其上的电机和轴系。图8固定件三维设计图图9固定件设计图1.2刀片环在这里设计刀片环的作用是为水泥浆提供一个搅拌零件，通过电机的工作带动轴系的运动以完成旋转运动，其中完成固定的是螺栓，并且在连接处进行密封以保证轴系上的轴承和两钢管之间的空隙不被水泥倒灌已造成轴系卡死、传动失效甚至损坏电机的事故。图10刀片环三维设计图11刀片环设计1.3轴系的设计以及装配在轴系的设计中，需要注意的是，我们不仅仅要考虑到轴系的装配，还要考虑到电动机以及轴系之间的传动方式，并且要注意的是，在这个轴系的设计中，引入了法兰连接，而这里引入法兰连接的目的是在固定保护管内水泥泵送管的同时，在出现刀片环的密封失效的情况下对下半部分的轴系进行快速的拆卸以及清理更换，使得该机构在防止保护管与水泥泵送管出现磕碰减少使用寿命的同时，使装置便于维修保养，减少维修工作的繁琐程度。以下是具体的零件：水泥输入管。该装置与浆泵系统通过一个连接弯头连接以完成对水泥的泵送。连接弯头。外置保护管。管接法兰（连接法兰）。密封件。轴承。从动轮轴上端。这里的轴上端设计目的是在保护内部注入水泥管道的情况下，连接轴承、从动链轮及整个轴系，完成搅拌机构的运转。刀片环。图12连接弯头三维设计图图13连接弯头设计图图14轴上端三维设计图图15轴上端设计图图16连接法兰三维设计图图17连接法兰设计图图18轴系装配三维图图19轴系装配设计图通过所有轴系零件的设计以及组合，在这里完成了对轴系全部图纸的设计绘图和三维建模，并在Solidworks中进行组合，以达到设计中的保护水泥泵送管、搅拌水泥和便于进行机构维修及维护的轴系设计目标。1.4总体设计在总体上设计时，需要使用轴承固定轴系的同时还需要考虑两个问题：第一个问题是电动机的选型问题，第二个是电动机与轴系的传动方式。对电机轴上的负载力矩的计算参考龙门架电机的选型计算，计算公式如下：通过计算可知，Tm=2.36（Nm）通过计算可知，J=0.00001768(kgf.cm.s^2)<0.0000239(kgf.cm.s^2)因此在充分考虑额定功率、力矩以及负载惯量之后，选用YK-80ST-M02430这一伺服电机即可完成对该轴系的具体驱动工作。具体的伺服电机工作参数可以参考图6中的电机参数。在电动机与轴系之间的传动方面，有以下的几种传动方式：蜗杆传动：尽管该传动方式的机构十分紧凑，体积小，重量轻，并且传动过程中的噪音较小，但是该传动方式的成本过高，并且容易发热，可能导致加快传动失效的进度，因此不予选择。齿轮传动：该传动方式的精度、效率较高，可以用作减速器，且工作效率高，使用寿命较长，但是在水下注浆工艺的使用环境中不可避免地出现了较高的成本以及维护费用，还有对于工作环境的严苛要求以及对于振动的敏感性也使得该传动方式在该项目的工作中显得不是那么可靠，在潮湿/粉尘环境中也有因胶合而导致传动失效的可能，因此该传动方式也不予选择。皮带传动：皮带传动结构简单，制造成本低，安装维护方便。富于弹性，可以缓和冲击和振动，因此运转平稳，工作时噪声较低。传动外廓尺寸大，紧凑性差。故传动比不准确。效率和耐久性低。由于在之前的固定件和轴系的设计中已经明确了传动机构的设计不可能有较大的空间，并且由于在进行水泥搅拌的过程中会出现较大的阻力，因此在该工艺的实际运用中会增大皮带的磨损以及发热问题。另外，由于皮带的寿命较短，而水下注浆是一项长期工程，因此在使用中会增加大量的磨损、润滑，因此会导致增加成本问题，由上可知，该传动方式也不可能在考虑范围之内。链传动：在链传动中，由于链条与齿轮进行啮合，因此不会像皮带传动一样，出现弹性滑动和可能的打滑现象使得传动失效，并且由于是链条为传动媒介，因此链传动的传动效率相当的高，并且在这里是用于在固定件的狭小范围内，而他的传动尺寸小的特点也正好满足。最重要的是，在水下注浆工艺模型的工作环境中总是会有包括潮湿以及扬沙的糟糕工作环境，而在这里的链条传动正好对这类环境有着极高的适应性。在该系统中，传动尺寸由于固定件的限制不可能过大，并且所需张紧力小，可以保护轴与钢管不会出现过早的金属疲劳现象延长使用寿命，最重要的是能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作，这恰恰满足了水下注浆工艺需要在矿山以及海洋、河流等地方进行工作的要求，因此在这里的传动方式选择就是链传动。链传动计算：i=Z2(从动轮直径)/Z1(主动轮直径)=1计算从动转速：n2=n1/i=3000r/min传动比=使用扭矩÷9550÷电机功率×电机功率输入转数÷使用系数传动比=主动轮转速除以从动轮转速的值=它们分度圆直径比值的倒数。即：i=n1/n2=D2/D1通过在完成了的固定件以及轴系在装配时还需要装配轴承进行固定，对于轴承的计算以及选型的讨论，结果如下：轴承如何正确选择？在选择轴承的时候，要根据几个重要参数：轴承的负荷，轴承的转速，调心的要求，空间的允许，安装和拆卸轴承，公差等级，价格方面等来进行选择。轴承的精度，噪音等都与机械的使用和寿命有着直接的关系。一般来说，轴承的选择需要从以下几个方面入手：1、在讨论轴承工作条件之后，确认轴承的基本类型，游隙以及轴承的公差等级，这里讨论的轴承工作条件包括轴承的种类，轴的转速，轴承的润滑方式，同轴度要求，定位或非定位，轴承的安装维护，工作环境等2、在分析轴承工作环境和轴承的受力状况之后，通过载荷等关键值的计算确定轴承的选型，或者通过确认轴承型号的选型并通过轴承的校核来对选择的轴承是否满足轴承工作环境的要求进行讨论并加以确定。3、通过验算轴承的额定载荷和极限转速对轴承是否适配轴系进行验算。圆锥滚子轴承主要承受直径和轴向的联合载荷，以径向为主。轴承的承重能力要看外圈的滚道角度，越大的角度承重越大。该类轴承属于分离型轴承，按轴承中滚动体的列数分为圆锥滚子轴承的单、双、四列。单列锥形滚子轴承在安装时需要用户自行调节游隙；双、四列锥形滚子轴承产品出厂时已按用户要求给定游隙，不需用户自行调节。圆锥滚子轴承内圈和外圈滚道均为圆锥形，圆锥滚子在两者之间排列。所有圆锥表面的投射线都聚集在轴承轴心的同一点上。这样的设计使得锥形滚子轴承尤其适用于复合(径向和轴向)负荷的承受。轴承的轴向负荷能力多由接触角α值的大小所决定；α角越大，轴荷容量越高。角度大小以计算系数E表示；E值越大，接触角度越大，承受轴向负荷的轴承的适用性也就越大。允许误差当量动载荷P=Fr[KN]当Fa/Fr≤e时P=0.4Fr+YFa[KN]当Fa/Fr＞e时单列圆锥滚子轴承成对使用时(基本外形尺寸可有差异)，必须在计算轴承当量动载荷时，将轴向力附加到径向载荷所致。单列圆锥滚子轴承的附加轴向力S可以近似地按下式计算：S=FR/2Y输出轴上轴承型号取GB╱T299-2008[双列圆锥滚子轴承352208]输出轴上轴承型号取GB╱T299-2008[双列圆锥滚子轴承352208]图20部分轴承参数dDB=408023对当量动载荷Pr=XFr+YFa当Fa/Fr<1.5tana时，X=1,Y=0当Fa/Fr>1.5tana时，X=0.4，Y=0.4cosaa是圆锥滚子的压力角这里需要注意的是在这里加了轴承固定件，以固定轴承和轴系避免打滑。一根轴需要两个支点，即支撑承重的两套滚动轴承。而轴承配置恰恰解决了轴承在支点上如何轴向固定轴系，轴承受热膨胀后如何避免卡死的难题。滚动轴承固定方式：1.两端固定支承(单向固定双支点)。这样的配置形式就是让每个支点在一个方向上固定轴系。对于深沟球轴承还应留出轴承外圈与轴承盖之间的轴向间隙c，取c=0.2~0.4mm，以补偿受热伸长的轴。对于角接触轴承来说，热补偿间隙是以轴承内部的游隙为保证的。2.一端固定一端游动支承(双向固定单支点)。对于固定支点，深沟球轴承可以在轴向力不大时使用，它的外圈左右两侧是固定的。当轴向力较小时，外圈可用弹力档圈固定。固定支点的内圈为了承受向右的轴向力，也必须做轴向固定。对于游动支点常用深沟球轴承，圆柱滚子轴承也可在径向力较大时使用。在选用深沟球轴承时，轴承的外圈与轴承盖之间留有很大的空隙，这样可以在热膨胀的情况下让轴自由伸长，但是它的内圈需要通过轴向的固定来防止轴承松动。设计时应注意，轴承的内外圈不应有多余或不足的轴向固定现象发生。1.两端游移支撑。当两个支点都设计为游动支承时，必须依靠其他措施来定位轴系