5PS型礦用泥漿泵的設計【含52張CAD圖帶外文翻譯】
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5PS 型礦用泥漿泵的設計摘 要此次設計的礦用泥漿泵類型為 5PS 型礦用砂泵。伴隨煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷展開與深化，對鉆井設備和工具也不斷有著新的要求和挑戰(zhàn)。礦用泥漿泵是采礦工具的重要組成部分之一，逐步向高效率、高壓力和高可靠性與安全性的方向發(fā)展，同時當代采礦業(yè)也對礦用泥漿泵的耐磨性性耐久性和使用壽命也有著越來越高的要求。本次設計的為離心式礦用泥漿泵，首先電動機與聯(lián)軸器相接與泵軸相連，通電之后電動機帶動泵軸與葉輪轉(zhuǎn)動，這樣就把電動機的動能通過葉輪轉(zhuǎn)化為泵內(nèi)液體的機械能與壓力能。由于離心力的關系，泵液獲得能量后經(jīng)過壓出室向排漿口流去，同時由于泵體內(nèi)液體的流失造成葉輪進口的大氣壓降低所以又會源源不斷的從進漿口不斷吸入液體，這樣就實現(xiàn)了礦液的循環(huán)。按照給定的初始設計參數(shù)，此次設計主要闡釋了泥漿泵的工作原理以及完成了葉輪、泵軸、軸封機構、密封環(huán)及軸承等主體零部件的結構和參數(shù)設計和電動機型號的選擇，并對泵軸和軸承進行了詳細的強度和壽命校核，也進行了可行性分析，完成繪制了葉輪、泵體、壓入室、泵軸等主要零的零件圖以及泥漿泵的裝配圖。關鍵詞：礦用泥漿泵；葉輪；軸 AbstractThe design of the mine mud pump type for the 5PS mine sand pump. With the continuous development of the coal industry and in-depth, drilling equipment and tools also continue to have new requirements and challenges. Mine mud pump is one of the important components of mining drilling equipment, and gradually to the high efficiency, high pressure and high reliability and safety direction, while the contemporary mining industry is also mine wear resistance of mining mud And the service life also has a higher and higher requirements. This design is a centrifugal mine mud pump, the first motor and the coupling phase connected with the pump shaft connected to the motor after the drive pump shaft and impeller rotation, so put the motor kinetic energy through the impeller into the pump liquid mechanical With pressure energy. Due to the relationship between the centrifugal force, the pump after the energy obtained through the extrusion chamber to the slurry port flow, and because the loss of liquid in the pump caused by the impeller inlet atmospheric pressure drop will be a steady stream from the mouth into the liquid, To achieve the circulation of ore.According to the given initial design parameters, this design mainly explains the working principle of the mud pump and completes the structure and parameter design of the main parts such as impeller, pump shaft, shaft seal mechanism, seal ring and bearing, and the choice of motor model, And the pump shaft and bearing a detailed strength and life check, but also carried out a feasibility analysis, completed the drawing of the impeller, pump, pressure chamber, pump shaft and other major zero parts and mud pump assembly diagram.Keywords: mine mud pump; impeller; shaft. 礦用泥漿泵的設計-I-目 錄摘 要 .............................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II1．緒 論 ...........................................................................................................................11.1 泵的定義和用途 .................................................................................................11.2 泵分類 .................................................................................................................11.3 礦用泥漿泵發(fā)展現(xiàn)狀 .........................................................................................11.4 礦用泥漿泵發(fā)展趨勢 .........................................................................................22.礦用泥漿泵的總體方案設計 .........................................................................................32.1 礦用泥漿泵的工作原理 ...................................................................................32.2泥漿泵基本參數(shù) ..................................................................................................33.電動機的選擇 .................................................................................................................53.1 電動機的介紹 .....................................................................................................53.2 電動機型號選擇 .................................................................................................54.聯(lián)軸器的選擇 .................................................................................................................64.1 聯(lián)軸器的原理與分類 .........................................................................................74.2 聯(lián)軸器的選用及其特點 ...................................................................................75 .泥漿泵主要零件的設計 ...............................................................................................85.1 泥漿泵主要參數(shù)的合理選擇 .............................................................................85.1.1泥漿泵的額定流量 Q...............................................................................85.1.2泥漿泵的揚程 H.......................................................................................85.1.3其他參數(shù)的選擇 ......................................................................................85.2 吸漿管與排漿管的設計 .....................................................................................85.2.1吸漿管的直徑計算： ..............................................................................85.2.2排漿管的直徑計算 ..................................................................................85.3葉輪的設計 ..........................................................................................................85.3.1葉輪材料的選擇 ......................................................................................95.3.2 葉輪的結構設計 .....................................................................................95.4泵軸的設計及校核 ............................................................................................105.4.1軸徑的初步計算 ....................................................................................105.4.2軸的強度計算 ........................................................................................125.5軸封機構的設計 ................................................................................................165.5.1軸封機構的作用及方式 ........................................................................16礦用泥漿泵的設計-II-5.5.2軸封機構的結構形式設計 ....................................................................165.6密封環(huán)的設計 ....................................................................................................185.6.1密封環(huán)的用途 ........................................................................................185.6.2密封環(huán)的材料 ........................................................................................185.6.3密封環(huán)的結構 ........................................................................................185.7軸承部件的設計 ................................................................................................195.7.1軸承型號的選擇 ....................................................................................195.7.2軸承的潤滑 ............................................................................................195.7.3軸承的密封 ............................................................................................195.7.4軸承的壽命校核 ....................................................................................196. 泥漿泵的使用與維護 .................................................................................................216.1 泥漿泵的安裝 .................................................................................................216.2 泥漿泵的維護 .................................................................................................216.3 泥漿泵的正確使用 .........................................................................................216.4 泥漿泵的潤滑 .................................................................................................226.5 其他注意事項 .................................................................................................227. 礦用泥漿泵的可行性分析 .........................................................................................23結 論 ...........................................................................................................................24參 考 文 獻 .....................................................................................................................25附錄 1：外文翻譯 ............................................................................................................26附錄 2 外文原文 ............................................................................................................34致 謝 ...........................................................................................................................35礦用泥漿泵的設計-1-1．緒 論1.1 泵的定義和用途泵是一種輸送液體的機器。在社會生活中我們最常見的就是水泵。泵是一種輔助裝置，電動機帶動泵工作它給予液體壓力，將電動機的動能轉(zhuǎn)換為液體的壓力能從而可以將液體輸送至別的地方。不僅在我們的日常生活中，泵的用途是極為廣泛的。在工業(yè)生產(chǎn)過程中，泵也是不可或缺的機器之一，也有著很多不同種類的泵來滿足工業(yè)生產(chǎn)需要，除了用于用于傳送工業(yè)用水以外，在采礦、建筑、電力輸送、化學工程、水利工程、農(nóng)業(yè)灌溉、船舶制造等等諸多領域上，泵也有著廣泛的應用。在很多時候泵作為輔助裝置出現(xiàn)，用于對主要工作機的潤滑。對于礦用泥漿泵來說，在礦井鉆探的過程中也起著重要的作用。礦用泥漿泵的作用也是在采礦過程中，將水或是含有一些泥漿、沙粒雜質(zhì)的礦液輸送至鉆井下的機器。它將礦液沿著鉆井將礦用泥漿泵是在鉆探過程中，往所鉆的深孔輸送泥漿或水等沖洗液的機械。泥漿泵給予礦液足夠的壓力，將礦液輸送至鉆頭處，起著清潔冷卻并潤滑鉆頭的作用。同時它也將鉆井下的鉆屑等雜質(zhì)帶出表面保證了鉆頭的工作效率。1.2 泵分類泵一般將輸送液體含有懸浮固體物的雜質(zhì)泵分為：污水泵，泥漿泵，砂泵，挖沙泵。分類的主要依據(jù)是混合物成分，固體的形狀、固體物的粒徑的大小。離心式泥漿泵，用于輸送含有砂粒、礦渣等的懸浮液。葉輪多為開式。泵的內(nèi)襯一般分為兩種，耐磨金屬盒耐磨橡膠。另外，將高壓水注入泵軸的滑動部位，以防泥砂進入滑動部位。這種泵可用于含粒度在 48 網(wǎng)目以上的粗粒固體物液體的輸送。一般主要用在礦業(yè)，煤炭，冶金，化工，環(huán)保等行業(yè)。一般意義的砂泵更多是指用在環(huán)保，挖沙，河道清淤等行業(yè)較多。1.3 礦用泥漿泵發(fā)展現(xiàn)狀近年來，化工、石油化工、電力、礦山和船舶等工業(yè)對泵的需求日益增長，這促使了泵技術的發(fā)展。泵的品種規(guī)格繁多，并向大型化、高速化方向發(fā)展。隨著環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展的觀念深入人心，隨著新技術要求，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的泵技術不斷進步。20 世紀初，首先在英國開發(fā)了無泄漏屏蔽泵；20 世紀中期美國開發(fā)了高速分流泵。高溫、高壓泵日益向大型化，高可靠性發(fā)展。特殊材料泵，如陶瓷泵、石墨泵、塑料泵以及鋯、鈦等貴重合金泵也應運而生。繼而在水力設計、誘導輪研究、新材料、新工藝、計算機輔助設計、計算機輔助制造等方面有了進一步的發(fā)展。美、德、日等國家在長期的泵生產(chǎn)、使用中，建立了一整套完善的標準體系，以礦用泥漿泵的設計-2-獲得更高的效益。國外先進泵制造業(yè)，還體現(xiàn)在標準化、系列化、通用化、模塊化、便于生產(chǎn)管理、便于用戶維護。中國泵行業(yè)是在新中國成立以后發(fā)展起來的，特別是改革開放以來，泵行業(yè)得到了快速發(fā)展。除少數(shù)的特殊泵類產(chǎn)品外，現(xiàn)有的產(chǎn)品品種和數(shù)量基本能滿足國民經(jīng)濟各部門的需求。泵行業(yè)主要產(chǎn)品有各類離心泵，混流泵，軸流泵，旋渦泵，回轉(zhuǎn)式容積泵，往復式容積泵和水環(huán)真空泵等。在這些泵類產(chǎn)品中，按臺數(shù)計算，離心泵約占70%，回轉(zhuǎn)式容積泵和往復式容積泵約占 18%。隨著各行業(yè)尤其是流程工業(yè)的快速發(fā)展，中國的泵行業(yè)也經(jīng)歷了高速的發(fā)展。同時，污水處理，石油化工，電力行業(yè)繼續(xù)保持持較高的景氣度。1.4 礦用泥漿泵發(fā)展趨勢隨著采礦業(yè)的不斷發(fā)展，不斷有新的礦產(chǎn)資源不斷探明出來，采礦技術也不斷向前發(fā)展。礦用泥漿泵是采礦的重要設備之一也不斷的再改良與改進。礦用泥漿泵發(fā)展趨勢是提高效率、 降低其制造和使用成本，不斷優(yōu)化礦用泥漿泵的制造工藝和制造技術。隨著采礦技術提升，越來越惡劣的采礦環(huán)境條件難關也不斷被攻克，高轉(zhuǎn)速高壓力的噴射鉆井工藝是已經(jīng)成為主流。由于現(xiàn)在鉆機的轉(zhuǎn)速越來越高，其配套的礦用泥漿泵也需要提升功率實現(xiàn)礦液的大排液量的高壓噴射。同時由于采礦的惡劣工況礦用泥漿泵也需要不斷提升其可靠性與安全性，不斷延長其工作壽命。鉆井泵要適應鉆井工藝技術，其將進一步向大功率、高排量和高泵壓方向發(fā)展。礦用泥漿泵的設計-3-2.礦用泥漿泵的總體方案設計2.1 礦用泥漿泵工作原理本文所設計的泥漿泵為 5PS 型礦用泥漿泵，是臥式單級單吸閉式葉輪的離心式葉片泵，主要用來運送一些含有砂子、礦渣等雜質(zhì)的液體，可輸送液體的濃度較高，主要應用于礦山、建筑、冶金等糟糕的工況。型號 5PS 的意義：5---排液口除以二十五的整數(shù)值P---雜質(zhì)型泵S---砂該礦用砂泵的工作原理簡圖如圖 2.1 所示。首先泵開始作業(yè)之前先將泥漿泵內(nèi)充滿液體，之后啟動泥漿泵，通過電動機和泵軸的傳動葉輪快速轉(zhuǎn)動起來，葉輪的葉片帶動泵內(nèi)的液體轉(zhuǎn)動起來，由于轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力的原因，液體向葉輪外周流去，葉輪給液體向為外的力使其向排漿口流去，這時由于液體流出泵內(nèi)氣壓下降，由于壓力緣故泥漿泵從進漿口不斷吸入液體，這樣礦用泥漿泵就完成了吸液與排液的循環(huán)。圖 2.1 泥漿泵工作原理圖2.2泥漿泵基本參數(shù)本次設計的為 5PS 型礦用泥漿泵。該泵的基本參數(shù)為：1. 額定揚程------28m2. 額定流量------240m^3/h3. 效率------------0.55礦用泥漿泵的設計-4-4. 轉(zhuǎn)速------------980rpm5. 介質(zhì)相對密度--1.1-1.5礦用泥漿泵的設計-5-3.電動機的選擇3.1 電動機的介紹泵的電動機選擇要考慮其額定轉(zhuǎn)速，工作環(huán)境的限制以及成本的限制。電動機根據(jù)轉(zhuǎn)子的結構主要分為籠型感應電機和繞線轉(zhuǎn)子感應電機兩種，對于礦用泥漿泵來說三向籠型感應電機是經(jīng)常使用的原動機。它的成本十分低廉，構造十分簡單，容易進行維修，占用空間也較少，是作為轉(zhuǎn)速較低的中小型泵的原動機的最佳選擇。相比于繞線轉(zhuǎn)子感應電動機它也有不足之出，他不能實現(xiàn)無級變速，且輸出功率也比較低。繞線轉(zhuǎn)子感應電機構造比較復雜，成本和維修費用也更為昂貴，適用于大型泵的使用。直流電機輸出較為穩(wěn)定且容易實現(xiàn)調(diào)速，但是在工地中很少使用直流電源，而且直流電機維修費用較高，所以不選擇直流電機作為礦用泥漿泵的原動機。此次設計的礦用泥漿泵轉(zhuǎn)速較低，所需功率也不高，泥漿泵經(jīng)常在環(huán)境條件比較差的情況下進行作業(yè)，綜合考慮選擇籠型三項異步電動機作為泥漿泵的原動機。3.2 電動機型號選擇根據(jù)初始方案設計礦用泥漿泵的兩個參數(shù)為：額定流量 ，額定壓min/40LQ?P=0.364MPa。由文獻[3]可知泵的輸出功率 Ne Hg????Qg?P式中：Q—額定流量H—揚程P—額定壓力?—輸送液體的重度，選擇為 1.3kW 267.40/3.40/?????PQNe傳動到泵軸的功率：N= Ne/η式中：η——泵的總效率取 η=0.55N=24.267/0.55=42.122 kW電動機的功率：Nd= kN/ηc式中：η c——電機的效率，取 ηc=0.96k ——功率富裕系數(shù) ,取 k=1.20礦用泥漿泵的設計-6-Nd=1.2×42.122/0.96=52.65 kWY 系列是比較常見的完整封閉籠型感應電動機，擁有籠型感應電機的優(yōu)點成本低，可維修性高，高效率，占地面積少，電機轉(zhuǎn)矩大，也具有較高的性能。完全能勝任泥漿泵的日常工作所需。同時由于其采用封閉式設計對于工作環(huán)境較為惡劣的礦用泥漿泵來說 Y 系列電動機是十分好的選擇。根據(jù)上述的計算，決定采用三相異步電動機 Y280M—6 型電動機，它的功率P=55kW，轉(zhuǎn)速 n=980r/min，重量為 600kg。礦用泥漿泵的設計-7-4.聯(lián)軸器的選擇4.1 聯(lián)軸器的原理與分類聯(lián)軸器可以起到將兩個分開的軸連接起來的作用，這樣可以將一個元件的轉(zhuǎn)動傳到與其相連的元件上。這里我們將用聯(lián)軸器來連接電動機與泥漿泵主軸。聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器，撓性聯(lián)軸器又分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的撓性聯(lián)軸器兩種。4.2 聯(lián)軸器的選用及其特點對 于 礦 用 泥 漿 泵 來 說 ， 它 的 工 作 環(huán) 境 較 為 惡 劣 ， 在 作 業(yè) 時 有 著 較 大 的 沖 擊 與 振動 ， 所 以 選 用 可 以 補 償 兩 軸 相 對 位 移 且 具 有 較 好 的 緩 沖 吸 振 能 力 的 有 彈 性 元 件 撓 性聯(lián) 軸 器 。 同 時 由 于 接 觸 雜 質(zhì) 與 礦 液 的 關 系 ， 會 對 聯(lián) 軸 器 進 行 腐 蝕 ， 所 以 不 宜 采 用具 有 橡 膠 的 彈 性 柱 銷 套 聯(lián) 軸 器 會 縮 短 使 用 壽 命 ， 所 以 采 用 彈 性 柱 銷 聯(lián) 軸 器 。彈性柱銷聯(lián)軸器傳遞扭矩的能力很大，組成結構簡單，組裝與加工工藝也較為簡便，耐磨性與耐久性也很高。彈性柱銷有一定的緩沖和吸振能力，具有較高的負載能力和使用壽命，允許被連接的兩軸具有一定的軸向位移以及少量的徑向位移和角位移，適用于軸向竄動較大、正反轉(zhuǎn)變化較多和啟動頻繁的場合。對于參數(shù)選擇，聯(lián)軸器軸徑為 45mm,泥漿泵的轉(zhuǎn)速為 980r/min 根據(jù)機械設計手冊選用 LH4 型聯(lián)軸器。 礦用泥漿泵的設計-8-5 .泥漿泵主要零件的設計本次設計的 5PS 型泥漿泵主要由泵體、葉輪、護板、進水室、引水室、軸封體、軸、軸承體、支架、泵座等部件組成。在此將對葉輪、軸封體、密封環(huán)、泵軸的設計、軸承的選擇以及軸封的選擇進行設計。5.1 泥漿泵主要參數(shù)的合理選擇泵的主要參數(shù)有流量、揚程。5.1.1泥漿泵的額定流量 Q 泵的流量是泵在單位時間內(nèi)所流過出液體的體積或質(zhì)量。重量流量 G 和體積流量 Q 的關系為： 式中G??—液體重度（ ）?3/kgm本次設計中的額定流量為 Q= h/2403重度: .1?5.1.2泥漿泵的揚程 H 單位重量液體通過泵所得到的能量叫作揚程，也是泵所能揚起液體的高度，又叫總揚程或全揚程，符號 H，其單位為米。揚程是泵的重要性能參數(shù)。本次設計中的揚程為 H=28m5.1.3其他參數(shù)的選擇泵的轉(zhuǎn)速：n=980r/min 功率 P=55KW5.2 吸漿管與排漿管的設計5.2.1吸漿管的直徑計算： m20d)60314./(7564)( ????ppvQd?式中：v p——在排漿管中液體的流速 取 vp=0.3m/s5.2.2排漿管的直徑計算 125d.)6014.3/(75.64)( ????xxvd?取 φ=60mm式中：v x—液流在吸入管中的流速，取 vX=0.77m/s=7.7dm/sQ‘—計算流量,Q ‘=Q/ηV=4000/0.6=5655.75L/min 5.3葉輪的設計礦用泥漿泵的設計-9-5.3.1葉輪材料的選擇葉輪是泵的核心組成部件，電動機帶動葉輪使其能量傳給液體，液體的能量由此增大，所以選擇葉輪材料時要滿足以下要求：（1）具有足夠的強度，能夠長期承受較高的工作壓力；（2）具有足夠的剛度，能夠承受液體流動給葉輪帶來的側面壓力和礦液的重力時不會變形；（3）具有較強的耐磨性和耐腐蝕性，由于礦液中經(jīng)常含有顆粒物等雜質(zhì)會對葉輪進行侵蝕，要保證葉輪的形狀和光潔度從而保證其工作效率。葉輪可以分為兩部分，葉輪主體與襯套。礦用泥漿泵葉輪轉(zhuǎn)速不高，所以選則巴氏合金作為襯套的材料。巴氏合金是在低速轉(zhuǎn)動材料中有著極其好的摩擦性能，且其硬度較低擁有良好的自適應性，巴氏合金材料的襯套十分易于安裝，其表面與安裝接觸面有著良好的契合，是制造低速軸承和襯套的常用材料。用鑄鐵作為葉輪體的材料，它的強度、剛度和硬度滿足實際工作中的使用要求，能夠克服礦用泥漿泵的惡劣工作環(huán)境。5.3.2 葉輪的結構設計離心式礦用泥漿泵的葉輪通常由由葉片和前后蓋板組成。擁有前后蓋板的葉輪叫作閉式葉輪，沒有前蓋板只有后蓋板的為半開式葉輪，前后蓋板都有的為開式葉輪。閉式葉輪可以運輸比較干凈，雜質(zhì)較少的液體，其輸送效率十分高。閉式葉輪的葉片數(shù)一般在 5 至 13 片之間。開式葉輪由于沒有蓋板構造簡單一般用來輸送液體中含有大量雜質(zhì)的液體，清潔起來也十分方便，葉輪的轉(zhuǎn)速比較低效率也不高。至于半閉式葉輪其進漿口處沒有蓋板也就是前蓋板，它的輸送礦液能力介于閉式與開式葉輪之間，適合樹洞含有一定沉濁物的雜質(zhì)，效率較高。圖 5.1 離心式葉輪結構礦用泥漿泵的設計-10-由于礦井輸送的礦液中含有大量的沙粒和礦渣等雜質(zhì)，因此本次設計決定采用閉式葉輪，具體的設計結構及尺寸如圖 5.2 所示：圖 5.2 葉輪的結構的設計5.4泵軸的設計及校核5.4.1軸徑的初步計算泵軸功率 N(千瓦)為： (5.1)?/1N?計算軸徑時用的功率 N2 較軸功率稍大些，因為軸功率是設計工況下的功率，而泵運行時的最大流量所對應的功率大于軸功率 N,計算功率 N2 一般取：(5.2)2.式中 -計算功率（千瓦）2N由文獻[3]可知，可按下式計算泵軸所傳遞的扭力矩 M（公斤-厘米）：(5.3) nNM/973602?按扭矩初步計算的最小軸 d（厘米）為(5.4)][./?式中[τ] ——材料的許用切應力（公斤/平方厘米）礦用泥漿泵的設計-11-d ——最小軸徑（厘米）泵軸在旋轉(zhuǎn)過程中，不僅會受到扭轉(zhuǎn)力矩的作用，也會收到到離心力、自身重力、由軸承和壓入室所產(chǎn)生的徑向力和軸向力。泵軸受到諸多力后會產(chǎn)生一定的彎曲，這樣會影響在轉(zhuǎn)動時的動平衡與對心，且如果彎曲程度過大會導致劇烈的摩擦，所以泵軸設計完成后要進行強度和剛度校核確保泵軸能順利工作。表 5.1 泵軸常用材料的許用切應力材料 熱處理要求 許用切應力[τ](公斤/厘米^2)用途35 正火處理 400-500 一般單級泵45 調(diào)制處理HB=241-286500-600 一般多級泵40Cr 調(diào)制處理 HB241-302700-8000 大功率高壓泵3Cr13 調(diào)制處理HB=269-302600-750 耐腐蝕泵35CrMo 調(diào)制處理HB=241-285750-850 在高溫下工作的泵（200-400℃）圖 5.3 懸臂泵泵軸懸臂泵的泵軸是不通過葉輪吸入口的，在最小軸徑 d 確定后，先考慮托架結構，然后在推算到安裝滾動軸承處的軸徑 d2，并選用標準尺寸。與葉輪配合的直徑 d2 比軸承處的軸徑小一級，并應考慮軸套的定位凸臺，凸臺有 1 至 2 毫米即可，也應選擇標準尺寸。具 體的設計過程如下：⑴結構設計由于軸徑較小，軸毛培采用圓鋼棒料車制，材料為 45 鋼調(diào)質(zhì)礦用泥漿泵的設計-12-①計算基本軸徑：基本軸徑由前面葉輪設計時已算出：d=46mm②裝有葉輪和聯(lián)軸器的軸徑為：46mm裝軸承處軸徑為：80mm③畫軸的結構圖，如圖 5.4 所示：圖 5.4 泵軸5.4.2軸的強度計算軸設計出來以后，要校核其強度是否足夠，校核軸的發(fā)放有：許用切應力和彎曲應力校核，安全系數(shù)方法校核。由于本設計泵軸在工作過程中，受彎扭復合作用，因而采用許用彎曲應力計算。校核軸端作用力為徑向力加上離心力 C（1）離心力 C（5.5）eG???26n10.式中：C ——葉輪由剩余不平衡孔引起的離心力（公斤）n——泵的轉(zhuǎn)速（r/min）e——葉輪偏心距（ mm）,一般 e 取葉輪外徑徑向跳動 0.12，即 e=0.05mmG——葉輪重量經(jīng)過估算葉輪體積為 0.019 ,葉輪材料采用鑄鐵，密度為 17403m3/kgm所以， kg28.17409.???所以， （5.6）15Nkg.096 ???CN28.（2）軸裝葉輪端受力 P F6.3j=350.65+282+15=647.65N （5.7）CG??j由于聯(lián)軸器離軸承較近，故其自重對軸的作用忽略不計。（3)軸受力簡圖，如圖 5.5 所示：礦用泥漿泵的設計-13-圖 5.5 受力簡圖(4)計算支反力：= (300+580)/580=880 647.65/580=982.64N (5.8)1R?P?N9.3465.74.9822 ???m80n50T(5)畫彎矩圖，如圖 5-6 所示= 0.3=647.65 300=194.235N.mmaxM?P圖 5.6 彎矩圖(6)轉(zhuǎn)矩圖軸材料為 45 號鋼調(diào)質(zhì)，由《機械零件手冊》查得 =650MPa , =360Mpa,用插入1?2法由《機械設計》表 15-1 查得：=102.5Mpa, =60Mpa??b???b1?其中： 為在脈動循環(huán)和下的許用應力， 是在對稱循環(huán)下的許用彎曲應力。??b?礦用泥漿泵的設計-14-考慮扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)應力所以取 =0.6??=0.6 535.97=321.58NmT?當量彎矩： m68.375).21(3.194)(22' NM????① 轉(zhuǎn)矩圖，如圖 5.7 所示圖 5.7 轉(zhuǎn)矩圖??????MpaPaMWTMca 60170601.97.53294 1322 ????????? ????故安全。② 校核軸徑選擇危險斷面進行校核。選擇危險斷面為：力矩最大處和 60mm 徑處。計算：得 =56.7mm， =39.5mm 因為 <60mm， <50mm311][.0dbM???1d2d1d2經(jīng)校驗，軸的強度足夠5.4.3軸的剛度計算軸受載荷以后，會產(chǎn)生彎扭變形，影響泵軸的穩(wěn)定性。軸的剛度校核，主要是看它在載荷下所受彎曲的程度要小于泵體與其縫隙。所以我們要計算撓度。由《離心泵設計基礎》可知，葉輪轉(zhuǎn)子徑向跳動允許為 0.08mm，葉輪密封環(huán)的最小間隙為 Δ=0.45mm 。在計算撓度時，對于階梯軸可以簡化為當量等效光軸。（1）計算當量軸徑 dv礦用泥漿泵的設計-15-44????????iivdlL（5.9）式中：L=1292mmΣ(l/d)^4=237/60^4+518/89^4+95/80^4+442/60^4=0.0000152mm^2所以，dv=96.018mm（2）計算撓度 bf圖 5.8 撓度圖,式中：EIPlb3f?(5.10)444 m7.1602368.91.3d???vI?E:由文獻［3］查得 E=200GPaL:懸臂長度為 300mmP:徑向力 P=647.65N所以，fb=0.007mm最大撓度加上徑向跳動 為： =0.007+0.08=0.087<Δ0.45mm????bf所以，經(jīng)計算，泵軸的剛度足夠，不會因為軸的變形而影響葉輪的正常工作。（3）軸的臨界轉(zhuǎn)速載有不平衡質(zhì)量的軸，以某一頻率旋轉(zhuǎn)時，開始產(chǎn)生振動，繼續(xù)增加或減少旋轉(zhuǎn)頻率時振動便會消失，軸又穩(wěn)定工作。振動是由于運動的軸動力不平衡造成的。如果軸旋轉(zhuǎn)角速度接近固有頻率即 礦用泥漿泵的設計-16-則軸的撓度wp??y不平衡軸的撓度無限增加下的旋轉(zhuǎn)頻率叫做無臨界旋轉(zhuǎn)頻率（臨界轉(zhuǎn)速） 。臨界旋轉(zhuǎn)頻率等于軸的自由振動的頻率。對于剛性軸： 17.0??p對于柔性軸： 1.3?ii泵軸一般設計成鋼性軸。因此工作的重點應放在利用泵軸的計算簡圖確定這兩個頻率上。??2?TmC??2?f式中：C-----軸的剛度系數(shù)，也是引起單位撓度的力；m-----零件的質(zhì)量；----固有振動頻率；?---軸旋轉(zhuǎn)角速度（臨界旋轉(zhuǎn)頻率） 。p= Np 而 Np=980rpm=980/60=16.3r/s?2所以， =102.3r/s，具有一個集中質(zhì)量軸的臨界旋轉(zhuǎn)頻率plmCEJ213??式中：E——彈性模量取中間值 E=210GPa，D=d=80mmC——葉輪到第一個軸承的距離 C=300mmL——葉輪到第二個軸承的距離 L=880mmM——葉輪的質(zhì)量 m=28.28kg所以 =401r/s1?對于鋼性周 ≤0.7 ，0.7 =0.7 401=280.7r/sp11??所以選擇的軸是滿足要求的，能夠穩(wěn)定工作。5.5軸封機構的設計5.5.1軸封機構的作用及方式軸封機構的作用是為了防止泵內(nèi)的液體流出和泵外的氣體進入泥漿泵中。軸封在泥漿泵中起著重要的作用。如果泵內(nèi)運輸?shù)臑橐兹家妆任ｋU液體，軸封可以防止其泄漏保證工作安全。同時它也阻止了外部空氣進入泵體內(nèi)部，這樣就不會影響泵的工作壓力，保證了泥漿泵的工作效率。 5.5.2軸封機構的結構形式設計礦用泥漿泵的設計-17-對于泥漿泵來說，最常用的軸封類型為填料密封。填料函的構成有：填料，填料筒，填料壓蓋，水封環(huán)，水封管組成。填料函可以確保讓泵殼與泵軸之間沒有縫隙，這樣使泥漿泵內(nèi)的液體不會泄漏在泵外，外面的物質(zhì)也不會進入泵內(nèi)，這樣防止了外面的物質(zhì)侵蝕泥漿泵影響泥漿泵作業(yè)，也同時始保證了泵內(nèi)的氣壓。由于泥漿泵作業(yè)時泵軸會以一定速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)，泵軸與填料會不斷摩擦產(chǎn)生較大的熱量，所以可以通過水封管向水封圈里加水，從而帶走填料的熱量使其溫度降低從而進行冷卻使泥漿泵可以正常運行。填料密封的合理泄露是：液體從填料函中滲漏出來，成滴狀，每分鐘為 60 滴左右。對有毒，腐蝕及貴重液體，由于要求泄露量較小甚至不準漏出，所以不能采用填料密封。填料材料一般為石墨浸濕石棉。本次設計的填料機構及尺寸如圖5.10（a）和 (b)所示。圖 5.9（a） 軸封體礦用泥漿泵的設計-18-圖 5.9(b) 軸封體5.6密封環(huán)的設計5.6.1密封環(huán)的用途密封環(huán)是防止葉輪進漿口口與泵殼間之間的縫隙過大會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的漿液通過此縫隙流向低壓區(qū)，使泥漿泵的工作效率降 低。如果間隙過小會導致葉輪與泵殼產(chǎn)生摩擦而不斷磨損。密封的間隙應該保持在 1mm 左右為宜。 5.6.2密封環(huán)的材料軟橡膠材質(zhì)的密封性能較好，本次設計采用軟橡膠作為密封環(huán)的材料。5.6.3密封環(huán)的結構常用密封環(huán)的構造有普通圓柱形（a） ，迷宮形(b)和鋸齒形(c)，如圖 5.11 所示，礦用泥漿泵的設計-19-圖 5.10 密封環(huán)結構本次設計選用普通的圓柱形密封環(huán)。圓柱形橡膠密封環(huán)有以下優(yōu)點：（1）圓柱形橡膠密封環(huán)密封效果好，工作壽命較長，其使用壽命比常規(guī)橡膠密封制品高出 5 倍以上（2）圓柱形橡膠密封環(huán)摩擦阻力小，動摩擦力與靜摩擦力大小相同，可抵消速度慢、壓力小情況下的運動液體的“爬行” 現(xiàn)象。（3）圓柱形橡膠密封環(huán)有高耐磨性能，密封環(huán)磨損后具有自動補償功能。（4）圓柱形橡膠密封環(huán)有很強的自潤滑能力，故可作無油潤滑密封。（5）圓柱形橡膠密封環(huán)構造簡單，安裝簡便。礦用泥漿泵的設計-20-5.7軸承部件的設計5.7.1軸承型號的選擇軸承是將軸固定到泵座上的部件，它主要承受徑向和軸向載荷。按照軸承構造與抗摩擦阻力的不同，可以劃分為滑動軸承與滾動軸承兩類。滾動軸承比滑動軸承阻力更小，對中性能也很好，載荷能力沒有滑動軸承好，總的來說滾動軸承要比滑動軸承的性能更為優(yōu)秀。所以此次設計選擇雙列調(diào)心滾子軸承 22316 和單列向心推力球軸承46315。滾動軸承的優(yōu)點是：摩擦力較小，啟動所需力矩小，旋轉(zhuǎn)精度很高，由于滾動軸承已經(jīng)標準化所以選用方便。而雙列向心球面滾子軸承有兩列球面滾子，由于滾道表面是以軸承為中心的球面，有自動調(diào)心的功能，所以當細受力彎曲或傾斜時仍能正常工作，但其內(nèi)圈和外因的相對傾斜度不得超過 0.5-3。而且它具有因而多用在長軸和受負荷而有較大彎曲的多支承軸上。單列向心推力球軸承一般可以承受較大的軸向載荷。其所受軸向載荷越大，其旋轉(zhuǎn)性能越高。對于軸承的安裝，軸承的外圈與軸承座進行過渡配合，內(nèi)圈與泵軸是過盈配合。5.7.2軸承的潤滑軸承潤滑可以減少軸承在轉(zhuǎn)動中的摩擦阻力，同時也減輕了軸承在工作中的磨損，有效降低了工作溫度，從而延長了軸承的工作壽命和提高工作效率。對于轉(zhuǎn)速較低的低速泵來說，對軸承一般采用脂潤滑，泵軸轉(zhuǎn)速較高使用潤滑油潤滑。本次設計的泥漿泵轉(zhuǎn)速較低所以采用脂潤滑。脂潤滑適合承受比較大的載荷。在使用脂潤滑的時候要注意其用量最大不能超過軸承體積的三分之二，否則會影響散熱。5.7.3軸承的密封軸承的密封是為了能更好的鎖住潤滑劑使其不會泄漏影響軸承潤滑效果，同時也阻止外部氣體雜質(zhì)侵蝕軸承。對于用脂潤滑的軸承，一般采用氈圈密封。5.7.4軸承的壽命校核軸承的壽命校核要計算軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷。一個種類型號的軸承有且只有一個基本額定動載荷。調(diào)心滾子軸承 22316 的技術參數(shù)為：基本額定動載荷 NC125r?基本額定靜載荷 .40極限轉(zhuǎn)速 [n]=3200r/min軸承內(nèi)徑 d=80mm 軸承外徑 D=170mm礦用泥漿泵的設計-21-軸承壽命的計算公式: 610()rhnCLP??式中：[n]—軸承工作轉(zhuǎn)速，r/min—軸承基本額定動載荷，查機械手冊， ,基本額定靜載荷rC N25r（GB/T 288-1994）N5.40?—軸承工作時當量動載荷，NnP—軸承壽命，小時hL—壽命指數(shù)，滾動軸承為?310調(diào)心滾子軸承當量動載荷 P 的求解過程：（1）軸承承受的徑向載荷 R，受力圖如圖 5-11 所示圖 5.11 軸承受力圖由軸承受力圖有：① ??58058031????RF1已知 ，于是得到 ， 。NF65.47?NR64.929.342（2）動載荷 ， 為載荷系數(shù)，泥漿泵取 1.0，又因為調(diào)心滾??apYXfPrn pf子軸承承受的軸向載荷基本為 0，所以取 ， 。0?A6.1X計算得： ????NFfap 2.574.98.rn ?????礦用泥漿泵的設計-22-hLpCnL hrh 305.3462.15740360601 '. ??????????????????所選的軸承符合設計的要求。礦用泥漿泵的設計-23-6. 泥漿泵的使用與維護礦用泥漿泵用于各種采礦鉆井和土木建筑的作業(yè)上，主要將礦液或漿液輸送至鉆井的鉆頭處，用來清潔冷卻和潤滑鉆頭，并起著將鉆屑等沙石從鉆井帶出地表的作用。其工作環(huán)境較為惡劣，所以注意泥漿泵的使用與維護對于延長其使用壽命是十分必要的。6.1 泥漿泵的安裝礦用泥漿泵的主體結構全部安裝在泵座上，電動機接聯(lián)軸器帶動泵軸轉(zhuǎn)動，從而帶動葉輪旋轉(zhuǎn)對礦液可進行輸送。所以只要將泥漿泵安放在較為平整的地面上接通電源即可開始作業(yè)。6.2 泥漿泵的維護（1）礦用泥漿泵工礦較為糟糕，長期暴露在有大量塵土與粉塵的環(huán)境之中，所以要經(jīng)常將泥漿泵各部件拆卸下來進行清洗保證泥漿泵內(nèi)部的清潔 ，大概每過一個月就要進行徹底清洗。（2）要定期檢查礦用泥漿泵各部位螺栓的松緊，要對松動的螺栓及時擰緊防止脫落發(fā)生機器故障。要先擰緊螺栓才能打開機器進行工作。（3）對于軸封要定期維護，隨著泵的的工作，填料的緊度和材料都會發(fā)生變化。填料過緊將會造成功率過大以及發(fā)熱，過松會泄漏液體降低工作效率以及影響工作安全。（4）葉輪是泥漿泵重要組成部分也要定期維護。為了保證葉輪的正常轉(zhuǎn)動，防止葉輪發(fā)生刮擦，葉輪要與前后護板保證一定的間隙，大概1mm左右即可。同時在泥漿泵工作前要先手動轉(zhuǎn)動泵軸檢查葉輪轉(zhuǎn)動情況，并手動進行調(diào)節(jié)。（5）在機器不工作時要用清水去沖洗泵體內(nèi)部，使其將泵內(nèi)殘余的礦砂排除，防止堵塞泵內(nèi)管道和腐蝕泵體。6.3 泥漿泵的正確使用（1） 在啟動泥漿泵前要，先手動轉(zhuǎn)動泵軸查看是否轉(zhuǎn)動順暢，若有轉(zhuǎn)動卡頓和發(fā)澀要進一步進行檢查。（2） 在連接電動機時要注意連接處正反轉(zhuǎn)箭頭，泥漿泵要正確連接電動機防止發(fā)生轉(zhuǎn)動方向錯誤從而損壞泥漿泵。（3） 電動機的轉(zhuǎn)軸要與泵軸盡量在一條直線上，防止不對中產(chǎn)生劇烈的振動從而損壞軸。同時也要調(diào)整槽輪要與皮帶位置垂直保證平穩(wěn)的傳動。（4）在泥漿泵工作時要時刻檢查泥漿泵的各元件溫度，當溫度過高時要及時切斷礦用泥漿泵的設計-24-電源進行檢查。（5）定期檢查泥漿泵的潤滑情況和密封情況，包括滾動軸承的潤滑和軸封填料密封的情況。6.4 泥漿泵的潤滑（1）打開泵體外部的加油螺塞，向泵體內(nèi)加入潤滑油，達到油標線為止。（2）要注意油標尺的位置。當油位較低時要注意及時添加潤滑油保證潤滑。（3）當泥漿泵連續(xù)作業(yè)時，要及時檢查潤滑油的衛(wèi)生情況，當潤滑油變不凈，變質(zhì)時其潤滑性能大大下降要及時更換新的潤滑油。（4）對于軸承的潤滑來說要定期檢查軸承的溫度與潤滑脂情況來涂抹潤滑脂。6.5 其他注意事項（1）要注意定期檢修和對泵的保養(yǎng)；（2）安全保護罩不要隨便拿下來，防止發(fā)生危險；（3）時刻查看壓力表數(shù)值，要保持正常狀態(tài)；（4）注意檢查安全閥的情況，如若出現(xiàn)問題及時檢修；（5）電動機型號一定要與泵的要求相匹配，且必須有安全標識礦用泥漿泵的設計-25-7. 礦用泥漿泵的可行性分析本次設計的礦用泥漿泵結構較為簡單，有些零部件有自己的