技术与检测Һ㊀
宣正东
摘㊀要：乳化液泵是煤炭开采作业中的重要设备ꎬ曲轴则是乳化液泵能量转换的关键元件ꎬ要进行大排量乳化液泵曲轴的设计和制造研究ꎬ确定曲轴上各零件的装配方案及定位方式ꎬ进行三支承五拐曲轴的曲柄空间的最佳布设ꎬ进行曲轴设计尺寸链的设计ꎬ并实现曲轴的强度和刚度校核ꎮ 关键词：大排量ꎻ乳化液泵ꎻ曲轴ꎻ设计ꎻ技术
㊀㊀随着乳化液泵的排量要求日益增大㊁压力日益升高ꎬ要着重大排量㊁高压力的乳化液泵的开发与设计ꎬ尤其要设计高质量的曲轴ꎬ以此保证乳化液泵性能和使用的可靠性ꎮ一㊁大排量乳化液泵曲轴概述
大排量㊁高压力的乳化液泵采用卧式五柱塞的结构形式ꎬ满载功率在２５０ｋＷ以上ꎬ转速为４００~６００ｒ/ｍｉｎꎬ并采用三支承五拐结构的曲轴ꎬ曲轴在原动机的驱动下进行旋转运动ꎬ并转换为柱塞的直线往复运动ꎬ形成交变的弯曲应力和扭转应力ꎮ具体来说ꎬ大排量乳化液泵曲轴的主要构件包括以下几个方面ꎮ(１)轴端ꎮ即轴心线与曲轴回转中心同心的轴向端部ꎬ前端是与泵外减速机或原动机相连的输入端ꎬ后端则位于前端的另一端ꎮ(２)轴颈ꎮ主轴颈是轴端上安装主轴承的部位ꎬ支承颈是在机体两主轴承中间
的轴承部位ꎬ曲柄销是曲轴与连杆大头相连的部位ꎻ支承颈和主轴颈与曲轴回转中心同轴心ꎬ而曲柄销的回转中心与曲轴回转中心不同心ꎮ(３)曲柄㊁曲拐㊁曲柄半径ꎮ曲柄是连接两相邻曲柄销或主轴颈与曲柄销的部位ꎻ曲拐是曲柄与曲柄销的组合体ꎻ曲柄半径是主轴颈中心到任意曲柄销中心的距离ꎮ
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二㊁大排量乳化液泵曲轴设计方法
(一)曲轴结构设计
在进行曲轴结构设计的过程中ꎬ要考虑曲轴在箱体中的安装位置及布置形式㊁曲轴连接方式㊁曲轴承受载荷的性质和方向㊁曲轴研制工艺等因素ꎬ使曲轴各部分的尺寸㊁形状保证其强度和刚度要求ꎬ尽量减少曲轴的重量和旋转惯性质量ꎻ注重相关件尺寸及数列的标准化设计ꎬ并在条件允许时进行曲轴各工作表面及过渡圆角的硬化处理ꎬ使之具有足够的尺寸精度和表面光洁度ꎮ
(二)拟定曲轴上各零件的装配定位方案
要拟定大排量乳化液泵曲轴上各零件的装配方案ꎬ预定曲轴上各零件的装配方向㊁顺序及相互关系ꎬ具体为：要依次从曲轴前端向里安装中间轴承㊁轴承通套㊁齿轮轴套㊁轴端挡圈ꎻ依次从曲轴后端向里安装圆螺母止动垫圈㊁圆螺母㊁轴承端盖㊁齿轮油泵ꎻ从曲轴两个侧面安装连杆大头㊁连杆大头轴瓦㊁连杆㊁连杆轴瓦ꎮ
(三)进行曲轴各零件的定位
要防止曲轴上安装零件受力时的相对运动ꎬ必须进行曲轴上各零件的定位设计ꎬ具体内容有以下两个方面ꎮ(１)零件的周向定位ꎮ结合具体情况选取适宜的周向定位方式ꎬ如：键㊁花键㊁过盈配合㊁紧定螺钉等ꎬ以有效约束轴上零件与轴之间的相对转动现象ꎮ通常来说ꎬ齿轮与曲轴㊁齿轮油泵与曲轴间采用键定位ꎻ轴承与曲轴间采用过盈配合定位ꎻ其余零件无须进行周向定位ꎮ(２)零件的轴向定位ꎮ结合具体情况进行轴上零件的轴向定位ꎬ可以选择适宜的轴向定位方式ꎬ如：轴肩㊁轴端挡圈㊁套筒㊁圆螺母㊁轴承端盖等ꎬ通常来说ꎬ齿轮右端采用齿轮轴套㊁左端采用轴端挡圈定位ꎻ轴承右端采用轴肩㊁左端采用齿轮通套定位ꎻ中间轴承右端采用轴肩㊁左端采用端盖定位ꎻ轴承左端采用轴肩㊁右端采用轴承端盖定位ꎻ连杆和轴瓦采用大头定位ꎮ
(四)确定曲轴各段轴直径和长度
光工作站要根据连杆大头轴瓦的宽度确定曲柄销轴颈的长度ꎬ并确定主轴颈有中间支承颈的直径和长度ꎬ考虑其是否满足主轴承倾角允许值要求ꎬ根据主轴承内径进行合理调整ꎮ还要确定曲柄圆直径及长度ꎬ要在轻量化曲轴的前提下尽量使曲柄圆的值最小ꎮ要确定轴肩圆直径及长度ꎬ使滚动轴承的定位轴肩高度低于轴承内圈端面的高度ꎮ
(五)曲柄空间位置的最佳布置
考虑到大排量乳化液泵曲轴的曲拐数目较多ꎬ要计算曲轴对重心构成的摇摆振动载荷及扭转振动载荷ꎬ合理确定曲柄空间位置的最佳设计ꎮ
(六)尺寸链的合理设计
为了确保箱体与曲轴的顺利装配ꎬ提高曲轴加工的精度和难度ꎬ可以采用如下设计方式ꎮ(１)采用绝对标注法ꎮ以输入端主轴承颈的轴向定位面作为曲轴设计基准ꎬ使各个尺寸相互独立ꎬ不会出现尺寸误差累积的现象ꎮ然而其缺陷在于各个尺寸都有极高的精度要求ꎬ加工成本高ꎮ(２)相对标注法ꎮ以两端主轴承颈的轴向定位面作为曲轴设计基准ꎬ仅对关键尺寸提供较高的精度要求ꎬ然而易于出现尺寸误差累积的现象ꎮ(３)绝对㊁相对混合标注法ꎮ如图１所示
激光笔渣油四组分ꎮ
固态去耦合器图１ 绝对㊁相对坐标法相结合的尺寸链图
以第Ⅱ和第Ⅲ曲柄销间的轴承轴向定位面为曲轴设计基准ꎬ可以提高封闭环的精度ꎬ减少尺寸链加工误差及检测误差的累积ꎬ降低加工难度和成本ꎮ
三㊁结语
www.3x6c综上所述ꎬ大排量乳化液泵曲轴是极其关键的动力转化元件ꎬ通常采用三支承五拐结构ꎬ要拟定曲轴上各零件的装配定位方案ꎬ进行曲轴中各部件的合理优化设计ꎬ合理设计曲柄最佳空间位置布置方式ꎬ采用绝对㊁相对混合标注的方法设计尺寸链ꎬ达到降低曲轴的转速ꎬ增大柱塞各行程的吸排乳化液量ꎬ延长大排量乳化液泵曲轴的寿命ꎬ提高大排量乳化液泵曲轴的使用效能ꎮ
参考文献:
[１]张利锋.乳化液泵曲轴的有限元分析及结构优化[Ｄ].西
安工程大学ꎬ２０１５.
[２]郑秋实.Ｓ３７５乳化液泵研制及其特性研究[Ｄ].沈阳工业大学ꎬ２０１６.
作者简介:
宣正东ꎬ南京六合煤矿机械有限责任公司ꎮ
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