5PS型礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)【含52張CAD圖帶外文翻譯】
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充值購買-下載設(shè)計(jì)文檔后，加 Q--1459919609 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙5PS 型礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)摘 要此次設(shè)計(jì)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(shè)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(shí)當(dāng)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(shè)計(jì)的為離心式礦用泥漿泵，首先電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器相接與泵軸相連，通電之后電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵軸與葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就把電動(dòng)機(jī)的動(dòng)能通過葉輪轉(zhuǎn)化為泵內(nèi)液體的機(jī)械能與壓力能。由于離心力的關(guān)系，泵液獲得能量后經(jīng)過壓出室向排漿口流去，同時(shí)由于泵體內(nèi)液體的流失造成葉輪進(jìn)口的大氣壓降低所以又會(huì)源源不斷的從進(jìn)漿口不斷吸入液體，這樣就實(shí)現(xiàn)了礦液的循環(huán)。按照給定的初始設(shè)計(jì)參數(shù)，此次設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)、密封環(huán)及軸承等主體零部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)和電動(dòng)機(jī)型號的選擇，并對泵軸和軸承進(jìn)行了詳細(xì)的強(qiáng)度和壽命校核，也進(jìn)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(guān)鍵詞：礦用泥漿泵；葉輪；軸 充值購買-下載設(shè)計(jì)文檔后，加 Q--1459919609 免費(fèi)領(lǐng)取圖紙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(shè)計(jì)-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(shè)計(jì) .........................................................................................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(dòng)機(jī)的選擇 .................................................................................................................53.1 電動(dòng)機(jī)的介紹 .....................................................................................................53.2 電動(dòng)機(jī)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(diǎn) ...................................................................................75 .泥漿泵主要零件的設(shè)計(jì) ...............................................................................................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(yáng)程 H.......................................................................................85.1.3其他參數(shù)的選擇 ......................................................................................85.2 吸漿管與排漿管的設(shè)計(jì) .....................................................................................85.2.1吸漿管的直徑計(jì)算： ..............................................................................85.2.2排漿管的直徑計(jì)算 ..................................................................................85.3葉輪的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................85.3.1葉輪材料的選擇 ......................................................................................95.3.2 葉輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .....................................................................................95.4泵軸的設(shè)計(jì)及校核 ............................................................................................105.4.1軸徑的初步計(jì)算 ....................................................................................105.4.2軸的強(qiáng)度計(jì)算 ........................................................................................125.5軸封機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ................................................................................................165.5.1軸封機(jī)構(gòu)的作用及方式 ........................................................................16礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-II-5.5.2軸封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì) ....................................................................165.6密封環(huán)的設(shè)計(jì) ....................................................................................................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(jié)構(gòu) ........................................................................................185.7軸承部件的設(shè)計(jì) ................................................................................................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(hù) .................................................................................................216.1 泥漿泵的安裝 .................................................................................................216.2 泥漿泵的維護(hù) .................................................................................................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(xiàng) .................................................................................................227. 礦用泥漿泵的可行性分析 .........................................................................................23結(jié) 論 ...........................................................................................................................24參 考 文 獻(xiàn) .....................................................................................................................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(shè)計(jì)-1-1．緒 論1.1 泵的定義和用途泵是一種輸送液體的機(jī)器。在社會(huì)生活中我們最常見的就是水泵。泵是一種輔助裝置，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵工作它給予液體壓力，將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)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(jī)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(xué)工程、水利工程、農(nóng)業(yè)灌溉、船舶制造等等諸多領(lǐng)域上，泵也有著廣泛的應(yīng)用。在很多時(shí)候泵作為輔助裝置出現(xiàn)，用于對主要工作機(jī)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(jī)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(jī)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(shí)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(dòng)部位，以防泥砂進(jìn)入滑動(dòng)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(shù)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(hù)與可持續(xù)發(fā)展的觀念深入人心，隨著新技術(shù)要求，作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的泵技術(shù)不斷進(jìn)步。20 世紀(jì)初，首先在英國開發(fā)了無泄漏屏蔽泵；20 世紀(jì)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(yīng)運(yùn)而生。繼而在水力設(shè)計(jì)、誘導(dǎo)輪研究、新材料、新工藝、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造等方面有了進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)體系，以礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-2-獲得更高的效益。國外先進(jìn)泵制造業(yè)，還體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化、模塊化、便于生產(chǎn)管理、便于用戶維護(hù)。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(jì)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(fù)式容積泵和水環(huán)真空泵等。在這些泵類產(chǎn)品中，按臺(tái)數(shù)計(jì)算，離心泵約占70%，回轉(zhuǎn)式容積泵和往復(fù)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(shí)，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(shù)也不斷向前發(fā)展。礦用泥漿泵是采礦的重要設(shè)備之一也不斷的再改良與改進(jìn)。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(shù)。隨著采礦技術(shù)提升，越來越惡劣的采礦環(huán)境條件難關(guān)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(jī)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(shí)現(xiàn)礦液的大排液量的高壓噴射。同時(shí)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(yīng)鉆井工藝技術(shù)，其將進(jìn)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(shè)計(jì)-3-2.礦用泥漿泵的總體方案設(shè)計(jì)2.1 礦用泥漿泵工作原理本文所設(shè)計(jì)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(yùn)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(yīng)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(dòng)泥漿泵，通過電動(dòng)機(jī)和泵軸的傳動(dòng)葉輪快速轉(zhuǎn)動(dòng)起來，葉輪的葉片帶動(dòng)泵內(nèi)的液體轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由于轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生離心力的原因，液體向葉輪外周流去，葉輪給液體向?yàn)橥獾牧κ蛊湎蚺艥{口流去，這時(shí)由于液體流出泵內(nèi)氣壓下降，由于壓力緣故泥漿泵從進(jìn)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(shè)計(jì)的為 5PS 型礦用泥漿泵。該泵的基本參數(shù)為：1. 額定揚(yáng)程------28m2. 額定流量------240m^3/h3. 效率------------0.55礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-4-4. 轉(zhuǎn)速------------980rpm5. 介質(zhì)相對密度--1.1-1.5礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-5-3.電動(dòng)機(jī)的選擇3.1 電動(dòng)機(jī)的介紹泵的電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)主要分為籠型感應(yīng)電機(jī)和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)兩種，對于礦用泥漿泵來說三向籠型感應(yīng)電機(jī)是經(jīng)常使用的原動(dòng)機(jī)。它的成本十分低廉，構(gòu)造十分簡單，容易進(jìn)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(dòng)機(jī)的最佳選擇。相比于繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動(dòng)機(jī)它也有不足之出，他不能實(shí)現(xiàn)無級變速，且輸出功率也比較低。繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電機(jī)構(gòu)造比較復(fù)雜，成本和維修費(fèi)用也更為昂貴，適用于大型泵的使用。直流電機(jī)輸出較為穩(wěn)定且容易實(shí)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(jī)維修費(fèi)用較高，所以不選擇直流電機(jī)作為礦用泥漿泵的原動(dòng)機(jī)。此次設(shè)計(jì)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(jìn)行作業(yè)，綜合考慮選擇籠型三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)作為泥漿泵的原動(dòng)機(jī)。3.2 電動(dòng)機(jī)型號選擇根據(jù)初始方案設(shè)計(jì)礦用泥漿泵的兩個(gè)參數(shù)為：額定流量 ，額定壓min/40LQ?P=0.364MPa。由文獻(xiàn)[3]可知泵的輸出功率 Ne Hg????Qg?P式中：Q—額定流量H—揚(yáng)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(dòng)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(dòng)機(jī)的功率：Nd= kN/ηc式中：η c——電機(jī)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(shè)計(jì)-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(yīng)電動(dòng)機(jī)，擁有籠型感應(yīng)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)成本低，可維修性高，高效率，占地面積少，電機(jī)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(shí)由于其采用封閉式設(shè)計(jì)對于工作環(huán)境較為惡劣的礦用泥漿泵來說 Y 系列電動(dòng)機(jī)是十分好的選擇。根據(jù)上述的計(jì)算，決定采用三相異步電動(dòng)機(jī) Y280M—6 型電動(dòng)機(jī)，它的功率P=55kW，轉(zhuǎn)速 n=980r/min，重量為 600kg。礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-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(gè)分開的軸連接起來的作用，這樣可以將一個(gè)元件的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(diǎn)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(shí) 有 著 較 大 的 沖 擊 與 振動(dòng) ， 所 以 選 用 可 以 補(bǔ) 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(shí) 由 于 接 觸 雜 質(zhì) 與 礦 液 的 關(guān) 系 ， 會(huì) 對 聯(lián) 軸 器 進(jìn) 行 腐 蝕 ， 所 以 不 宜 采 用 具有 橡 膠 的 彈 性 柱 銷 套 聯(lián) 軸 器 會(huì) 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(jié)構(gòu)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(fù)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(dòng)較大、正反轉(zhuǎn)變化較多和啟動(dòng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊選用 LH4 型聯(lián)軸器。 礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-8-5 .泥漿泵主要零件的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的 5PS 型泥漿泵主要由泵體、葉輪、護(hù)板、進(jìn)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(shè)計(jì)、軸承的選擇以及軸封的選擇進(jìn)行設(shè)計(jì)。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(yáng)程。5.1.1泥漿泵的額定流量 Q 泵的流量是泵在單位時(shí)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(guān)系為： 式中G??—液體重度（ ）?3/kgm本次設(shè)計(jì)中的額定流量為 Q= h/2403重度: .1?5.1.2泥漿泵的揚(yáng)程 H 單位重量液體通過泵所得到的能量叫作揚(yáng)程，也是泵所能揚(yáng)起液體的高度，又叫總揚(yáng)程或全揚(yáng)程，符號 H，其單位為米。揚(yáng)程是泵的重要性能參數(shù)。本次設(shè)計(jì)中的揚(yáng)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(shè)計(jì)5.2.1吸漿管的直徑計(jì)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(jì)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(jì)算流量,Q ‘=Q/ηV=4000/0.6=5655.75L/min 5.3葉輪的設(shè)計(jì)礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-9-5.3.1葉輪材料的選擇葉輪是泵的核心組成部件，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(shí)要滿足以下要求：（1）具有足夠的強(qiáng)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(dòng)給葉輪帶來的側(cè)面壓力和礦液的重力時(shí)不會(huì)變形；（3）具有較強(qiáng)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(huì)對葉輪進(jìn)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(dòng)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(yīng)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(qiáng)度、剛度和硬度滿足實(shí)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yùn)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(gòu)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(jìn)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(jié)構(gòu)礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-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(shè)計(jì)決定采用閉式葉輪，具體的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸如圖 5.2 所示：圖 5.2 葉輪的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.4泵軸的設(shè)計(jì)及校核5.4.1軸徑的初步計(jì)算泵軸功率 N(千瓦)為： (5.1)?/1N?計(jì)算軸徑時(shí)用的功率 N2 較軸功率稍大些，因?yàn)檩S功率是設(shè)計(jì)工況下的功率，而泵運(yùn)行時(shí)的最大流量所對應(yīng)的功率大于軸功率 N,計(jì)算功率 N2 一般?。?5.2)2.式中 -計(jì)算功率（千瓦）2N由文獻(xiàn)[3]可知，可按下式計(jì)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(jì)算的最小軸 d（厘米）為(5.4)][./?式中[τ] ——材料的許用切應(yīng)力（公斤/平方厘米）礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-11-d ——最小軸徑（厘米）泵軸在旋轉(zhuǎn)過程中，不僅會(huì)受到扭轉(zhuǎn)力矩的作用，也會(huì)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(huì)產(chǎn)生一定的彎曲，這樣會(huì)影響在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)平衡與對心，且如果彎曲程度過大會(huì)導(dǎo)致劇烈的摩擦，所以泵軸設(shè)計(jì)完成后要進(jìn)行強(qiáng)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(yīng)力材料 熱處理要求 許用切應(yīng)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(jié)構(gòu)，然后在推算到安裝滾動(dòng)軸承處的軸徑 d2，并選用標(biāo)準(zhǔn)尺寸。與葉輪配合的直徑 d2 比軸承處的軸徑小一級，并應(yīng)考慮軸套的定位凸臺(tái)，凸臺(tái)有 1 至 2 毫米即可，也應(yīng)選擇標(biāo)準(zhǔn)尺寸。具 體的設(shè)計(jì)過程如下：⑴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)-12-①計(jì)算基本軸徑：基本軸徑由前面葉輪設(shè)計(jì)時(shí)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(jié)構(gòu)圖，如圖 5.4 所示：圖 5.4 泵軸5.4.2軸的強(qiáng)度計(jì)算軸設(shè)計(jì)出來以后，要校核其強(qiáng)度是否足夠，校核軸的發(fā)放有：許用切應(yīng)力和彎曲應(yīng)力校核，安全系數(shù)方法校核。由于本設(shè)計(jì)泵軸在工作過程中，受彎扭復(fù)合作用，因而采用許用彎曲應(yīng)力計(jì)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(dòng) 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(jì)。（3)軸受力簡圖，如圖 5.5 所示：礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-13-圖 5.5 受力簡圖(4)計(jì)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(jī)械零件手冊》查得 =650MPa , =360Mpa,用插入1?2法由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 15-1 查得：=102.5Mpa, =60Mpa??b???b1?其中： 為在脈動(dòng)循環(huán)和下的許用應(yīng)力， 是在對稱循環(huán)下的許用彎曲應(yīng)力。??b?礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-14-考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力所以取 =0.6??=0.6 535.97=321.58NmT?當(dāng)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(xiǎn)斷面進(jìn)行校核。選擇危險(xiǎn)斷面為：力矩最大處和 60mm 徑處。計(jì)算：得 =56.7mm， =39.5mm 因?yàn)?<60mm， <50mm311][.0dbM???1d2d1d2經(jīng)校驗(yàn)，軸的強(qiáng)度足夠5.4.3軸的剛度計(jì)算軸受載荷以后，會(huì)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(jì)算撓度。由《離心泵設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可知，葉輪轉(zhuǎn)子徑向跳動(dòng)允許為 0.08mm，葉輪密封環(huán)的最小間隙為 Δ=0.45mm 。在計(jì)算撓度時(shí)，對于階梯軸可以簡化為當(dāng)量等效光軸。（1）計(jì)算當(dāng)量軸徑 dv礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-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(jì)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(xiàn)［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(dòng) 為： =0.007+0.08=0.087<Δ0.45mm????bf所以，經(jīng)計(jì)算，泵軸的剛度足夠，不會(huì)因?yàn)檩S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(shí)，開始產(chǎn)生振動(dòng)，繼續(xù)增加或減少旋轉(zhuǎn)頻率時(shí)振動(dòng)便會(huì)消失，軸又穩(wěn)定工作。振動(dòng)是由于運(yùn)動(dòng)的軸動(dòng)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(shè)計(jì)-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(dòng)的頻率。對于剛性軸： 17.0??p對于柔性軸： 1.3?ii泵軸一般設(shè)計(jì)成鋼性軸。因此工作的重點(diǎn)應(yīng)放在利用泵軸的計(jì)算簡圖確定這兩個(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)軸承的距離 C=300mmL——葉輪到第二個(gè)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.5.1軸封機(jī)構(gòu)的作用及方式軸封機(jī)構(gòu)的作用是為了防止泵內(nèi)的液體流出和泵外的氣體進(jìn)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(yùn)輸?shù)臑橐兹家妆任ｋU(xiǎn)液體，軸封可以防止其泄漏保證工作安全。同時(shí)它也阻止了外部空氣進(jìn)入泵體內(nèi)部，這樣就不會(huì)影響泵的工作壓力，保證了泥漿泵的工作效率?！?.5.2軸封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-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(gòu)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(huì)泄漏在泵外，外面的物質(zhì)也不會(huì)進(jìn)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(shí)始保證了泵內(nèi)的氣壓。由于泥漿泵作業(yè)時(shí)泵軸會(huì)以一定速度持續(xù)旋轉(zhuǎn)，泵軸與填料會(huì)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(jìn)行冷卻使泥漿泵可以正常運(yùn)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(zhǔn)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(shè)計(jì)的填料機(jī)構(gòu)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(shè)計(jì)-18-圖 5.9(b) 軸封體5.6密封環(huán)的設(shè)計(jì)5.6.1密封環(huán)的用途密封環(huán)是防止葉輪進(jìn)漿口口與泵殼間之間的縫隙過大會(huì)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(huì)導(dǎo)致葉輪與泵殼產(chǎn)生摩擦而不斷磨損。密封的間隙應(yīng)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(shè)計(jì)采用軟橡膠作為密封環(huán)的材料。5.6.3密封環(huán)的結(jié)構(gòu)常用密封環(huán)的構(gòu)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(shè)計(jì)-19-圖 5.10 密封環(huán)結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)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(diǎn)：（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(dòng)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(yùn)動(dòng)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(dòng)補(bǔ)償功能。（4）圓柱形橡膠密封環(huán)有很強(qiáng)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(gòu)造簡單，安裝簡便。礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-20-5.7軸承部件的設(shè)計(jì)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(gòu)造與抗摩擦阻力的不同，可以劃分為滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承兩類。滾動(dòng)軸承比滑動(dòng)軸承阻力更小，對中性能也很好，載荷能力沒有滑動(dòng)軸承好，總的來說滾動(dòng)軸承要比滑動(dòng)軸承的性能更為優(yōu)秀。所以此次設(shè)計(jì)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(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn)是：摩擦力較小，啟動(dòng)所需力矩小，旋轉(zhuǎn)精度很高，由于滾動(dòng)軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)調(diào)心的功能，所以當(dāng)細(xì)受力彎曲或傾斜時(shí)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(fù)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(jìn)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(dòng)中的摩擦阻力，同時(shí)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(shè)計(jì)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(shí)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(huì)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(huì)泄漏影響軸承潤滑效果，同時(shí)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(jì)算軸承的基本額定壽命和基本額定動(dòng)載荷。一個(gè)種類型號的軸承有且只有一個(gè)基本額定動(dòng)載荷。調(diào)心滾子軸承 22316 的技術(shù)參數(shù)為：基本額定動(dòng)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(shè)計(jì)-21-軸承壽命的計(jì)算公式: 610()rhnCLP??式中：[n]—軸承工作轉(zhuǎn)速，r/min—軸承基本額定動(dòng)載荷，查機(jī)械手冊， ,基本額定靜載荷rC N25r（GB/T 288-1994）N5.40?—軸承工作時(shí)當(dāng)量動(dòng)載荷，NnP—軸承壽命，小時(shí)hL—壽命指數(shù)，滾動(dòng)軸承為?310調(diào)心滾子軸承當(dāng)量動(dòng)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????RF01?R已知 ，于是得到 ， 。NF65.47?N64.929.342（2）動(dòng)載荷 ， 為載荷系數(shù)，泥漿泵取 1.0，又因?yàn)檎{(diào)心滾??apYXfPrn pf子軸承承受的軸向載荷基本為 0，所以取 ， 。0A6.1?X計(jì)算得： ????NFfap 2.574.98.rn ????礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-22-hLpCnL hrh 305.3462.15740360601 '. ??????????????????所選的軸承符合設(shè)計(jì)的要求。礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-23-6. 泥漿泵的使用與維護(hù)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(hù)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(jié)構(gòu)全部安裝在泵座上，電動(dòng)機(jī)接聯(lián)軸器帶動(dòng)泵軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)對礦液可進(jìn)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(hù)（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(jìn)行清洗保證泥漿泵內(nèi)部的清潔 ，大概每過一個(gè)月就要進(jìn)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(dòng)的螺栓及時(shí)擰緊防止脫落發(fā)生機(jī)器故障。要先擰緊螺栓才能打開機(jī)器進(jìn)行工作。（3）對于軸封要定期維護(hù)，隨著泵的的工作，填料的緊度和材料都會(huì)發(fā)生變化。填料過緊將會(huì)造成功率過大以及發(fā)熱，過松會(huì)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(hù)。為了保證葉輪的正常轉(zhuǎn)動(dòng)，防止葉輪發(fā)生刮擦，葉輪要與前后護(hù)板保證一定的間隙，大概1mm左右即可。同時(shí)在泥漿泵工作前要先手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)泵軸檢查葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)情況，并手動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（5）在機(jī)器不工作時(shí)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(dòng)泥漿泵前要，先手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)泵軸查看是否轉(zhuǎn)動(dòng)順暢，若有轉(zhuǎn)動(dòng)卡頓和發(fā)澀要進(jìn)一步進(jìn)行檢查。（2） 在連接電動(dòng)機(jī)時(shí)要注意連接處正反轉(zhuǎn)箭頭，泥漿泵要正確連接電動(dòng)機(jī)防止發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)方向錯(cuò)誤從而損壞泥漿泵。（3） 電動(dòng)機(jī)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(dòng)從而損壞軸。同時(shí)也要調(diào)整槽輪要與皮帶位置垂直保證平穩(wěn)的傳動(dòng)。（4）在泥漿泵工作時(shí)要時(shí)刻檢查泥漿泵的各元件溫度，當(dāng)溫度過高時(shí)要及時(shí)切斷礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-24-電源進(jìn)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(dòng)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(dá)到油標(biāo)線為止。（2）要注意油標(biāo)尺的位置。當(dāng)油位較低時(shí)要注意及時(shí)添加潤滑油保證潤滑。（3）當(dāng)泥漿泵連續(xù)作業(yè)時(shí)，要及時(shí)檢查潤滑油的衛(wèi)生情況，當(dāng)潤滑油變不凈，變質(zhì)時(shí)其潤滑性能大大下降要及時(shí)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(xiàng)（1）要注意定期檢修和對泵的保養(yǎng)；（2）安全保護(hù)罩不要隨便拿下來，防止發(fā)生危險(xiǎn)；（3）時(shí)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(shí)檢修；（5）電動(dòng)機(jī)型號一定要與泵的要求相匹配，且必須有安全標(biāo)識礦用泥漿泵的設(shè)計(jì)-25-