乳化液泵的设计.doc

乳化液泵的设计.doc

《乳化液泵的设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《乳化液泵的设计.doc（75页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

摘要

在当今的生产技术领域内，广泛应用着乳化液泵，它与乳化液箱组成乳化液泵站，是井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，是煤矿井下支护作业“外注式单体液压支柱”及“液压支架”的专用小型推移式注液设备。

该泵具有体积小、重量轻、操作简便、移动灵活、工作平稳可靠和高效节能安全的特点，尤其空间狭小的坑道口，掘进头，低煤层等地段，更是一般大型泵站无法替代的产品。

此次设计乳化液泵主要是因为它在煤矿工业上有主要的应用。

在此次设计中，首先采用了对比的方法进行总体方案的设计，确定泵的型式，选用曲轴连杆机构为传动方式的结构型式，将曲线运动转变为直线运动。

总体方案确定以后通过液力计算对液力端型式进行选择，根据流体力学及流体机械对传动端的结构型式进行选择。

选出电机的型号，考虑到给定的设计参数通过计算确定泵的主要结构尺寸及参数。

再通过设计计算进行液力端主要部件液缸体的设计及校核，传动端的主要部件减速机构、曲轴、连杆的设计及校核，经过校核计算，最终设计合理。

关键词：

柱塞流量往复泵曲柄连杆

Abstract

Inthenowadaysfieldofthetechniqueoftheproduction,extensiveusethepumpoftheemulsification,itintegratewiththeemulsificationliquidmakeupofemulsificationpumpingstation.Itisthebottomofawellsyntheticalexcavatecoalworkingfacetimberingfacility'spowerheadspring,itisalsotheappropriativeminitypeprocessinjectingliquidequipmentwhichusescoalminebottomofawelltimberingwork“inthemannerofqutsideinjectingmonocasehydraulicpressureunderpinning”and“hydraulicpressurebracket”.Thepumphavemanytraitseg:

smallvolume、lightweight、manipulatesimpleandconvenient、movingagility、workplacidityandcredibility、highefficiency、savingenergysources,safetyandsoon.Especiallyinnarrownessroomage'ssapostium、grubentrance、lowcoalseamregionandsoon,itisalsothebignesspumpingstationcannotinstead.Inthisaboutdesignthepumpoftheemulsification,theimportanceofthereasonisthatithasextensiveuseatthecoalmineindustry.

oncomingdesign,inthefirstplace,adoptingthecontrastmethodgoalongcollectivityprojectdesign,confirmthepump'type,chooseingthecrankconnectspoleorgnization'stransmissionfashionconfigurationstyle.Hadorwouldthecurvesporttransformthebeelinesport.Afterthecollectivityprojectdesign,getacrossliquidmechanicscalculatechoosingfluidforceendconfigurationstyle.Baseshydrodynamicsandhydro-mechanismchooseingthetransmissionendconfigurationstyle.Voteinelectromotor'stypeconsideringthegivingdesignparameteroverpasscountingconfirmthepumpmostlyconfigurationdimensionandparameter,aftertheparametermakingcertainbasispowerelectingelectromotor'stype.Afterwardspassingreckondesignforthefluidforceendimportantpartliquefyurnbodygoalongdesigningandvalidating,transmissionend'simportantpartseg:

decelerateorganization、crankandconnectspole'sdesigningandvalidating,comebythevalidateaccounting,atlasttestifythedesignisfeasible.

Keywords:

Thepillarfillsfluxtoandfropumpcrankconnectspole

目录

摘要 I

Abstract II

第一章绪论 1

1.1.选题的意义 1

1.2乳化液泵的用途 1

1.3设计的理论基础研究的内容及方法 1

第二章总体方案的确定 4

２.１泵型的选择及特点 4

2.1.1机动泵及其共同特点 4

2.1.2直接作用泵及其特点 5

2.1.5隔膜泵及其特点 7

2.1.6卧式泵及其共同特点 7

2.1.7立式泵及其共同特点 7

2.2液力端结构型式选择 8

2.3传动端结构型式选择 8

第三章泵的主要结构参数的选择与确定 11

3.1泵的主要尺寸参数的确定 11

3.1.2柱塞直径和行程的确定 12

3.2电动机的选择 15

3.2.1原动机功率的选择与确定 15

第四章主要零部件的设计 19

4.1液力端主要零部件的设计 19

4.2传动端主要零部件的设计 21

4.2.1机体的组成及设计 21

4.2.2曲轴设计 28

4.2.3连杆设计 44

4.2.4柱塞及其密封 52

第五章泵使用说明书 56

5.1结构说明 56

5.1.1箱体传动部件 56

5.1.2.泵的液压部分 57

5.1.3泵的维修和保养 57

结论 60

致谢 61

参考文献 62

附录1 64

附录2 68

第一章绪论

1.1.选题的意义

乳化液泵作为一种通用机械，在国民经济各个领域中都得到了广泛的应用。

它是井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，其工作状态好坏与安全生产密切相关，要实现煤矿井下安全作业，提高采煤工作效率，防止出现重大设备安全事故，保障乳化液泵井下安全运行是十分必要的一个环节。

乳化液泵是煤矿井下支护作业和安全生产的重要装备与工具，其传动方式简单可靠，量大面广，具有高效低耗、安全可靠、移动灵活轻便、操作简单，无污染的特点，深受广大煤矿工作者的欢迎。

这些产品填补了国内空白，拥有多项国家专利，其核心技术上具有完全自主知识产权，处国内领先水平。

乳化液泵在其他行业也有广泛的应用，市场的需求量特别大。

1.2乳化液泵的用途

乳化液泵站是井下综合采煤工作面支护设备的动力源泉，是煤矿井下支护作业“外注式单体液压支柱”及“液压支架”的专用小型推移式注液设备，也是支护作业更换维修的不可缺少的工具。

 乳化液泵具有体积小、重量轻、操作简便、移动灵活、工作平稳可靠和高效、节能、安全的特点，尤其是在空间狭小的坑道口、掘进头、低煤层和回采面等地段，更是一般大型注液泵站无法替代的产品，深受广大煤矿工作者的欢迎。

乳化液泵是要实现煤矿井下安全运行的十分必要的一个环节。

由于乳化液泵具有流量均匀、压力稳定、运转平稳、强度高、脉冲小、油温低、噪声小、使用维护方便等特点， 所以还广泛适用于管道清洗、工件清洗、玻璃清洗、工程掘进等。

1.3设计的理论基础研究的内容及方法

乳化液泵在许多行业中都有广泛的应用，通过对流体力学、液压传动、机械制图和流体机械等的学习对设计有了一定的理论基础，在实习过程中到车间的参观和对泵的一些零部件及工作原理的认识使我对乳化液泵的设计有了基本的思路，利用理论课学过的知识进行理论分析热力学分析和对比计算，再通过查阅资料与分析计算相结合进行方案的设计，根据计算校核进行及时的修改和设计修订，实现优化设计，并能很直观的反映出乳化液泵的内部结构和工作原理。

随着经济的发展在很多生产技术领域内，广泛使用着以曲柄连杆机构为传动方式的柱塞泵。

此种传动方式，简单可靠，量大面广。

从小型的实验室计量泵到超过1MW的大功率石油钻井泵，以及油田注水、压裂、固井、输油、输液等工况往复泵，几乎均被此种传动方式所覆盖，可谓独领风骚、经久不衰。

应该肯定，以往对传统往复泵的理论研究和实验研究，系统完整，揭示其运动规律与动力特性，对发展生产技术将继续发挥重要作用。

但与任何其它事物的发展过程一样，恰恰在对传统往复泵工作机理研究逐步深入并取得积极成果的同时，也开始认识到传统的曲柄连杆机构所决定的运动与动力特性局限了其自身的应用范畴及发展。

通过以上分析可以领悟出一个道理，即在曲柄连杆机构传动的往复泵中，其所以要发展三缸泵、四缸泵、五缸泵、六缸泵甚至七缸泵等多缸泵，从动力学特性的本质上来判断，都仅仅是为了尽可能减少叠加加速度，以减小液流惯性损失，以及减小叠加排量波动度，以改善吸入性能和排液工艺质量，即采用增加结构复杂性的手段来改善曲柄连杆传动方式的动力特性与运动特性，这在机械设计中是常见的事情，但其所付出的代价是巨大的。

在传统的曲柄连杆机构传动的往复泵发展过程中，排量、压力的波动以及吸入系统惯性损失对自吸性能的严重影响，始终制约着泵速的提高。

虽然排出预压空气包、吸入缓冲器及吸入灌注泵的配套使用能在一定程度上缓解这些矛盾，但不是从根本上解决问题，所以，20世纪80年代初期出现的“适当增长冲程长度、合理降低额定泵速、发展中速往复泵”的技术路线。

这种对策的实质，实际上就是对曲柄连杆机构往复泵适用范围的标定，也就是说，在综合考虑运行工况、使用条件、制造水平、基础工业水准的条件下，曲柄连杆机构的往复泵只适应在中速或较低的泵速下才能确保其运动的可靠性。

如果提高泵速，则必须附加排出端减振装置和吸入端灌注设备。

在这种情况下，由于提高泵速所导致的减小往复泵体积及质量的优点，将被附属设备复杂程度的提高、质量的增加以及维修成本的增加抵销得一干二净。

也就是说，企图在单纯的参数设计上提高泵速、缩短冲程来减小往复泵的体积与质量，主观愿望在情理之中，客观效果在意料之外，因而限制了它的进一步发展。

但任何事物的发展都存在矛盾，并且任何新生事物也只能在一定的领域内具有适应性，归纳起来，有以下几点认识作为引玉之砖：

（1）传统的往复泵，仍将继续在生产技术领域内发挥巨大作用，一般地说，在中速和较低的泵速下，可靠性程度较高，“适当增长冲程长度、合理降低泵速”的技术路线仍是切合实际和具有现实意义的。

（2）恒排量往复泵，以发展三缸单作用型式为宜，如果盲目增加缸数，其效果将与发展恒排量泵的宗旨背道而驰，如果毫无顾忌地提高泵速，也将引起单缸内的汽化并使工况恶化，因此，凸轮传动的恒排量往复泵的参数设计，似宜为“适当缩短冲程长度、合理提高额定泵速”。

（3）恒排量往复泵对油田注水泵、增压注水泵、注聚合物泵特别适应，具有现实的技术开发价值，并将对驱油泵（特别是稠油泵）等有特殊工艺要求的泵的发展起促进作用。

（4）传统往复泵与恒排量往复泵，在相当长的历史阶段内必将长期共存，并按技术特征、工况条件、工艺要求、经济效益来划分其各自占领的领域、各扬其长、各得其所、互相补充、共同发展。

第二章总体方案的确定

２.１泵型的选择及特点

根据给定的设计参数和压力高等应用特点，选用的泵型为往复泵，往复泵可以分为机动泵、手动泵、柱塞泵、隔膜泵、计量泵、立式泵、卧式泵、对置式泵、轴向平行式泵等，这些泵之间有着密切联系[22]。

2.1.1机动泵及其共同特点

用独立的旋转原动机（如电动机、柴油机、汽油机等）驱动的泵，称为机动泵。

用电动机驱动的泵又叫电动泵。

机动泵通常由液力端、传动端、减速机，原动机及其附属设备（润滑、冷却系统等）所组成。

机动泵的共同特点：

⑴.瞬时流量脉动而平均流量（泵的流量）只取决于泵的主要结构参数（每分钟往复次数）、（柱塞的行程）、（柱塞直径）而与泵的排出压力几乎无关，当、、为确定值时，泵的流量是基本恒定的。

⑵.泵的排出压力是一个独立参数，不是泵的固有特性，它只取决于排出管路的特性而与泵的结构参数和原动机的功率无关。

⑶.机动泵都需要有一个把原动旋转运动转化为柱塞往复运动或隔膜周期性弹性变形的传动端，故一般讲，结构较复杂，运动零部件数量较多，造价也较昂贵。

表2-1常见的几种机动柱塞泵的参数范围[22]

用途（介质）

化工用泵（化工介质）

液压机（乳化液）

泵型

卧式三联（缸）单作用柱塞泵

卧式三联（缸）单作用柱塞泵

（m/h）

（10N/m）

（spm）

（10m）

（10m）

（m/s）

（kw）

2.1.2直接作用泵及其特点

液力端柱塞与动力端直接连接的泵，通称为直接作用泵。

动力端的工作介质可以是蒸汽，压缩气体（通常是空气）或有压液体（一般是油）。

其中最常用的是蒸汽，也叫蒸汽直接作用泵。

直接作用泵通常由液力端、动力缸，配汽（气或液）机构及其它附属设备所组成。

直接作用泵的共同特点：

⑴.瞬时流量脉动较小，平均流量（泵的流量）也只取决于、、.但在蒸汽泵中，由于蒸汽源的压力是恒定的，因此当在蒸汽进口截流时，进入汽缸（动力缸）的蒸汽量和蒸汽压力将同时发生变化，相应的柱塞速度或将发生变化，从而泵的流量就不能恒定；另一方面，如果泵的排出压力增高时，由于汽缸内蒸汽压力不变，所以柱塞速度（或）就会自行降低，泵的流量也随之减小。

故蒸汽直接作用不会过载。

⑵.泵的排出压力取决于管路特性，因此，对于直接作用泵来讲，泵的最大排出压力取决于它和动力端工作介质的压差。

这样一来，安全阀就可设置工作介质一侧，既可以保护动力源设备又使操作上比较安全。

⑶.直接作用泵无须具备由旋转运动转化为柱塞往复运动的传动端，因此，就泵本身来讲，结构较简单，易损件少，造价也较低廉。

但对于需要自备动力源的直接作用泵，泵机组还是较为复杂的。

⑷.直接作用实现流量调节则较为方便，只要改变工作介质的流量就可以达到泵的流量调节的目的。

⑸.直接作用泵，特点是蒸汽直接作用泵，因无产生火花的动力装置，因此适用于要求防火的场合。

⑹.直接作用的型式较少，只有双联（缸）双作用，双联（缸）单作用，单联（缸）双作用或单联（缸）单作用几种有限的型式。

由于上述特点，直接作用泵使用范围没有机动泵那样广泛。

目前，蒸汽直接作用泵主要用于输送石油及其副产品，如石蜡、沥青等；以气或液体为工作介质的直接作用泵则主要用作产生高压或超高压的增压泵[22]。

2.1.3手动泵及其特点

用人力通过杠杆机构驱动柱塞做往复运动的泵，称为手动泵。

手动泵的特点：

⑴.泵的流量和均匀度均无定值，它取决于人力在单位时间内的操作次数和操作均匀程度。

⑵.泵的排出压力取决于排出管路特性和排出端压力。

泵的额定排出压力则与泵的结构强度，液力端密封质量及人力大小有关。

手动泵主要用于缺少动力或无须其他动力的场合。

例如：

简易水压试验，简易农药喷雾、农村简易深井提水，食品工业提升液状物以及简易消防用泵等。

2.1.4柱塞泵及其特点

在液力端往复运动副上，运动件上无密封元件的叫柱塞。

相应的泵称为柱塞泵.

柱塞泵的特点：

⑴.柱塞泵的柱塞形状简单，柱塞直径可制得很小，但不宜过大目前所见到的柱塞直径范围大多在=3～150（10m）,个别的达0.2m。

直径过小，会遇到加工工艺上的困难，直径过大，特别是卧式泵，因柱塞自重过大造成对密封的偏磨，影响密封的使用寿命。

⑵.由于结构的原因，柱塞泵大多制成单作用的，几乎不制成双作用泵。

⑶.因柱塞密封（填料箱）在结构上易于变形，在材料选择上也比较灵活，故柱塞泵适用的排出压力范围较广泛，且宜制成高压泵。

2.1.5隔膜泵及其特点

泵的液力端借助于隔膜（膜片、波纹管等）来组成工作腔，以隔膜周期弹性变形来代替柱塞的往复运动的泵，称为隔膜泵。

隔膜泵的特点：

⑴.在泵的液力端以隔膜的静密封代替了柱塞的动密封，因此可作到输送介质绝对不外漏。

因此，隔膜泵适于输送易燃、易爆、剧毒、恶臭以及具有放射性等对人体有害的介质，也用于输送纯度高、价格昂贵的物料。

对于强腐蚀、易挥发、易结晶以及磨砺性很强的悬浮液，有时也采用隔膜泵，以改善柱塞密封的工作条件，延长其使用寿命。

⑵.为了保证隔膜的强度和使用寿命，隔膜的弹性变形挠度通常很小，故对隔膜泵来讲，隔膜工作腔的行程容积不可能很大，否则其径向尺寸就会很大。

另外，隔膜泵的每分钟的往复次数也较低。

⑶.由于结构上的原因，隔膜泵的余隙容积较大，而且在泵的吸入过程中需要额外克服隔膜变形的阻力，故隔膜泵吸入性能较差，容积效率也较低。

⑷.隔膜泵，特别是液力隔膜泵在结构上要比柱塞泵复杂，使用、维护的技术要求也较高。

2.1.6卧式泵及其共同特点

液缸或柱塞中心线为水平布置的泵，均称为卧式泵。

往复泵多为卧式泵，其共同特点如下：

⑴.便于操作者观察泵的运转情况，拆、装、使用、维修较为方便。

⑵.机组在高度方向尺寸时，不需要很高的厂房；但在长、宽方向尺寸较大时,占地面积则较大。

⑶.因为柱塞做水平往复运动，密封件在工作时须承受柱塞自重，容易产生偏磨，尤其当柱塞较重、悬臂很长时，这种现象更为明显。

⑷.卧式泵的机械惯性力水平分力较大，而泵的基础承受水平分力的能力又较差，故卧式泵对基础的强度和刚度要求较高。

2.1.7立式泵及其共同特点

液缸或柱塞中心线是垂直布置的泵，称为立式泵。

立式泵的共同特点：

⑴.高度方向尺寸较大，厂房高，但长、宽方向尺寸小，、占地面积少。

⑵.运转时，柱塞密封不承受柱塞自重，不易产生偏磨。

⑶.机械惯性力水平分力小，垂直分力大，而泵基础有较强的承受垂直分力的能力，故对基础要求不高。

⑷.一般讲，立式泵的吸排阀、吸排管布置上较困难，拆装、维护也不太方便，特别是当液力端置于下侧时更明显。

但当把液力端置于上侧时，则有所改善。

通过对以上几种型式泵的特点的对比，再结合乳化液泵本身的结构特点及其用途，此次设计选用三联单作用机动卧式柱塞泵。

2.2液力端结构型式选择

在往复泵上把柱塞从滑块处脱开一直到泵的进出口处的部件，称为液力端，液力端是介质过流部分，通常由液缸体，活塞和缸套或柱塞及其密封（填料箱）、吸入阀和排出阀组件、缸盖和阀箱盖以及吸入和排出集合管（或集液器）等所组成，液力端结构型式的选择应与泵型及总体结构型式时，应遵循下述基本原则：

⑴.过流性好，水力阻力损失小，为此，液流通道应力求短而直，尽管避免拐弯和急剧的断面变化。

⑵.液流通道应利于气体排出，不允许有死区，造成气体滞留，通常，吸入阀应置于液缸体下部，排出阀应置于液缸体顶部。

⑶.吸入阀和排出阀应垂直布置，以利于阀板正常启闭和密封，特殊情况下也可以倾斜和水平布置。

⑷.余隙容积应尽可能小，尤其是对高压短行程泵或当泵输送含气量大，易挥发性介质时，更应力求减小余隙容积。

⑸.易损件寿命长，更换方便。

⑹.制造工艺性好

不同的泵有不同的液力端，甚至相同的泵型也有不同的液力端，因此液力端结构型式很难统一划分，按泵的吸入阀、排出阀的布置型式、液流通道特性和结构特性可分为：

直通式、直角式、阶梯式。

对于卧式三联单作用柱塞泵的液力端选用直通式。

2.3传动端结构型式选择

往复泵上传递动力的部件叫传动端，对于机动泵，传动端是指从滑块起一直到主轴（曲轴）伸出端（动力输入端）为止的部件，如果是泵内减速的，则传动端包括减速机构，如果是泵外减速的，则传动端不包括减速机构，减速机独立，如果是直联泵则传动端没有减速机构，也无减速机。

对直接作用泵，传动端即指动力缸（汽缸、气缸）等部件。

机动泵的传动端主要由机体、曲轴连杆、曲柄、滑块及润滑冷却等辅助设备所组成[11]。

传动端结构型式选择也应和泵型及总体结构型式选择同时进行，在选择和设计传动端时应遵循以下基本原则：

图2-1乳化液泵总体结构图

1机体2连杆3滑块4曲轴5减速机构6缸套组件7柱塞

⑴.传动端所属主要零部件必须满足泵最大柱塞力下的强度和刚度的要求。

⑵.传动端内各运动副，必须是润滑可靠，满足比压和Pv允许值，润滑油温升也限制在设计要求以内，必要时应有冷却设备。

⑶.在结构和尺寸要求允许的范围内，应力求减小连杆比这样不仅可减小滑块处的比压，而且可减少惯性水头的影响，从而可改善泵阀工作条件和泵的吸入性能。

⑷.要合理的选择液缸中心线的夹角，曲柄间错角，力求使机械的惯性力和惯性力矩得到平衡，减轻对基础的挠力载荷。

⑸.传动端，尤其是立式泵传动端，应考虑重心的稳定性。

传动端顶部应设有运转时排气，停车时封闭的排气装置，底部应设有排放润滑油的油脂。

⑹.拆、装、检修方便，大型泵的传动端还应考虑到传动端各零部件的起吊方式和措施。

⑺.易损件及运动副应工作可靠，寿命长，更换较方便。

⑻.加工、制造工艺性好。

第三章泵的主要结构参数的选择与确定

3.1泵的主要尺寸参数的确定

3.1.1给定设计参数

工作介质：

乳化液油（含3﹪-5﹪乳油的中性溶液）

排出压力：

P=35MPa排量：

Q=80L∕min

往复泵柱塞个数：

Z=3个

泵的排出压力额定值仅取决于结构强度、液力端密封对对质量及原动机的额定功率而与流量无关。

由公式[22]

10m/s

式中──泵的实际流量,10m/s；

──泵的理论流量,10m/s；

──泵的容积效率；

──柱塞截面积，m；

──柱塞直径，m；

──柱塞行程长度，m；

──曲轴转数（rpm）或柱塞的每分钟往复次数spm；

──泵的联数（柱塞数）；

──系数（—柱塞杆截面积，m）

=（—柱塞杆直径，m）；

──柱塞的平均速度，m∕s；