煤倉疏通機設(shè)計說明書機械設(shè)計畢業(yè)論文

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1、 - I -煤倉疏通機設(shè)計煤倉疏通機設(shè)計摘摘 要要本次設(shè)計以原有的煤倉疏通機為基礎(chǔ)，對原有的煤倉疏通機進行全面分析，為了適應(yīng)新的環(huán)境，對其中的部分設(shè)計進行了重新改進設(shè)計，使煤倉疏通機改進后既滿足加工要求，結(jié)構(gòu)又簡單、方案合理。本文分別介紹了各種不同結(jié)構(gòu)形式煤倉的作用，煤倉的分類，常見的堵塞事故，分析了煤倉堵塞事故發(fā)生的原因和堵塞的機理。針對煤倉堵塞問題，依據(jù)前期研究的基礎(chǔ)，對煤倉堵塞疏通裝置進行總體說明，包括疏通裝置的總體簡介，疏通裝置的結(jié)構(gòu)與工作原理。疏通裝置主要部件的設(shè)計為本次設(shè)計重點，因為它的設(shè)計質(zhì)量直接關(guān)系到煤倉疏通機成功與否，設(shè)計包括對煤倉疏通機的一些主要零部件，包括增速裝置，儲能裝

2、置，緩沖裝置，角度調(diào)節(jié)裝置和對螺栓連接的設(shè)計與較核等。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：煤倉疏通機 增速裝置 儲能裝置 緩沖裝置 角度調(diào)節(jié)裝置 - II -Abstract The original design of the coal bin to the clearing machine, based on the original machine to clear the bunker for a comprehensive analysis, in order to adapt to the new environment, the design of which has been redesigned

3、to improve the machine to clear the bunker after both meeting the processing requirements and the structure is simple, reasonable program. This paper introduced the structure of a variety of different forms of the role of coal bunker, coal bunker classification, a common accident blocking, analysis

4、of the coal bunker to plug the cause of the accident and the mechanism of blocking. Coal bunker for congestion, based on the basis of preliminary studies on the coal bunker to the clearing device plugged in general, including the overall device to the clearing profile, the clearing device structure

5、and working principle. The clearing device design is the major components for this design because its design quality is directly related to the coal bin to the clearing drive the success of the design including the coal bin to the clearing machine,some of the major components, including the growth o

6、f devices, storage devices, buffer device, the angle adjustment device and bolt connections, such as design and more nuclear.Key words: coal bin to the clearing energy, the growth of devices, energy storage device, buffer device, the angle adjustment device - III -目目 錄錄前前 言言.11.煤倉堵塞的機理.21.1 煤倉的作用.21

7、.2 煤倉的分類.21.3 常見的堵塞事故.41.4 堵塞事故發(fā)生的原因.71.4.1 粗顆粒狀(或塊狀)為主的煤.81.4.2 細顆粒狀(或粉狀)為主的煤.102.煤倉疏通機疏通裝置設(shè)計.152.1 疏通裝置的總體簡介.152.2 疏通裝置的結(jié)構(gòu).152.3 工作原理.163.疏通裝置主要部件設(shè)計.173.1 增速裝置.173.1.1. 橡膠彈設(shè)計.173.1.2. 增速筒設(shè)計.193.1.3. 耗氣量計算.193.1.4. 閥體設(shè)計.193.1.5 管件設(shè)計及密封設(shè)計.213.1.5.1 管件.213.1.5.2 接頭.233.1.5.3 密封件設(shè)計.243.1.6 儲氣罐設(shè)計.263.1

8、.7 管路壓力損失計算.273.2 緩沖裝置設(shè)計.293.2.1 彈簧設(shè)計.293.2.2 彈簧支座設(shè)計.323.2.3 緩沖導(dǎo)向裝置設(shè)計.323.2.4 緩沖導(dǎo)桿軸向筒設(shè)計.333.3 角度調(diào)節(jié)裝置.343.3.1 前支撐桿設(shè)計.34 - IV -3.3.2 角度調(diào)節(jié)裝置設(shè)計.353.4 調(diào)整絲杠設(shè)計.363.5 螺栓連接的設(shè)計與校核.363.5.1 螺栓連接設(shè)計一般步驟.363.5.2 支撐鉸接頭和炮筒的螺栓設(shè)計.393.6 增壓裝置設(shè)計.40總 結(jié).41致 謝.42參考文獻.43 - V - - 1 -前前 言言我國是煤炭資源大國,煤炭仍然是國民經(jīng)濟的第一能源，機械化采煤,是加速我國煤炭

9、工業(yè)發(fā)展,大幅度提高勞動生產(chǎn)率,實現(xiàn)煤炭工業(yè)現(xiàn)代化的一項戰(zhàn)略措施。煤礦井下煤倉的儲存和吞吐是煤礦生產(chǎn)過程中的一個重要環(huán)節(jié)，是煤礦生產(chǎn)運輸中的不可缺少的關(guān)鍵部位，它對煤礦的生產(chǎn)能力起著決定性的作用。特別是隨著綜合采煤機械化程度的不斷提高和采區(qū)集中生產(chǎn)的不斷實現(xiàn)，煤倉的容量逐漸增大，使用效率越來越高。但是幾乎所有的礦井的采區(qū)煤倉在生產(chǎn)使用過程中，都不同程度地存在著堵倉問題，需要經(jīng)常處理，這樣不僅不能充分發(fā)揮煤倉應(yīng)有的作用，反而嚴重地影響正常生產(chǎn)，特別是深煤倉堵塞問題尤為突出。煤倉堵塞已經(jīng)成為一種通病，一旦發(fā)生故障，煤倉往往是少則幾個小時，多則幾天無法進行原煤輸送，嚴重影響了生產(chǎn)效率。目前針對不同的

10、煤倉堵塞問題，最原始的解決方法是人工通堵，這種方法直接但效率低下，而且極易發(fā)生人員傷亡事故，安全隱患問題嚴重。目前最常用的方式是利用空氣炮疏通，根據(jù)多方現(xiàn)場考察和大量的相關(guān)資料收集分析顯示，自八十年代末到目前為止，絕大多數(shù)疏通方式均利用空氣炮，偶見利用奧陶系灰?guī)r鋪底解決倉壁脫落而導(dǎo)致堵倉和采用超高分子量聚乙烯材料做煤倉下收口斗襯板來防止堵口的文獻，但這些方式有的疏通效果一般，甚至無法疏通，有的是在應(yīng)用上存在局限性，在很多已投入使用并存在堵塞問題的煤倉中根本無法使用或達不到疏通的效果，因此必須結(jié)合實際情況，深入研究煤倉堵塞機理，開發(fā)一套切實可行、可靠的煤倉疏通設(shè)備。本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容是圍繞煤

11、倉堵塞問題，設(shè)計一種簡單的發(fā)射裝置，通過發(fā)射橡膠彈撞擊煤倉堵塞的地方，達到疏通效果，設(shè)備要滿足簡單易懂，容易操作。 - 2 -1.煤倉堵塞的機理1.1 煤倉的作用隨著礦井機械化和集中化程度的不斷發(fā)展，工作面和采區(qū)以及礦井生產(chǎn)能力都有較大幅度的提高。由于工作面和采區(qū)的生產(chǎn)能力具有較大的波動性，出煤時多時少，致使各環(huán)節(jié)運輸設(shè)備忙閑不均，不能充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力。此外，在生產(chǎn)中各環(huán)節(jié)(提升、運輸?shù)?設(shè)備的工作時間(遲早或長短)、動作方式連續(xù)或周期)的不同以及可能發(fā)生的各種機電設(shè)備故障等的影響，都可能使各環(huán)節(jié)之間相互發(fā)生牽連，造成一些環(huán)節(jié)的間斷，降低了礦井的實際運輸(或提升)能力，甚全影響整個礦井生產(chǎn)的

12、正常進行。為了解決上述矛盾，需在相互有牽連的提升、運輸各環(huán)節(jié)之間設(shè)置備種類型的井下煤倉而且要求其有一定的容量。 綜合上述設(shè)置各種類型的井下貯倉可以起到如下的作用： (1) 可以充分發(fā)揮工作面設(shè)備的能力，使工作面在生產(chǎn)高峰期間運輸不致間斷。 (2) 可以解決相互牽連的各環(huán)節(jié)之間的矛盾，使前一環(huán)節(jié)的高峰產(chǎn)量均衡地轉(zhuǎn)入另一環(huán)節(jié)，使各環(huán)節(jié)之間的連續(xù)式運輸和間歇式運輸系統(tǒng)相互有機地銜接和彼此協(xié)調(diào)地進行工作。 (3) 當某一環(huán)節(jié)發(fā)生了故障，全礦井其他各環(huán)節(jié)在一定時間內(nèi)還可照常生產(chǎn)。 (4) 通過井下各種貯倉的貯存和調(diào)節(jié)，可以延長各環(huán)節(jié)設(shè)備的工作時間，充分發(fā)掘設(shè)備的潛力，為礦井增產(chǎn)創(chuàng)造條件。井下煤倉和礦倉的

13、種類很多，但其作用也有所不同。1.2 煤倉的分類除淺倉以外，任何倉體都可以分為三個部分，即上部的卸載口和中間的倉體及下部的斗倉。倉體又有兩種情況：一是全長為同一斷面，全部作為貯存煤用的倉體，稱為貯倉。另一種是上段為斷面較小的溜道(稱為溜井)和下段為斷面擴大的貯倉，只在下部貯存煤和礦石。前者用于上部卸載點和下部裝載水平高差不大時，后者用于高差較大時。(1) 按貯倉的用途和計算理論分 - 3 -根據(jù)貯倉用途和計算理論的不同可分為淺倉和深倉。1) 淺倉 當倉斗上面的堅壁高度 H 小于最小底邊尺寸(矩形倉)或內(nèi)徑(圓形倉)L的 1.5 倍，即 H1.5L 時稱為淺倉。淺倉可以是圓形或方形的，井下多采用

14、圓形倉。根據(jù)其豎壁高度，淺倉又可分為三種類型，如圖 11 所示： 漏斗倉 H=0； 低壁淺倉 HL2； 高空淺倉 L2HI5L。橫倉一般用作受料、給配料，在井下多用做煤轉(zhuǎn)載或作少量貯存用。當采用多點卸載或側(cè)卸式不定點卸載時，也可將淺倉的上部斷面擴大以增加容量作為礦井主要貯倉。 2) 深倉 煤倉壁高度 H 等于或大于 1.5 倍最小底邊尺寸(矩形倉)或內(nèi)徑(圓筒倉)時稱為深倉。一般井下倉多屬此類，主要用作貯存煤(2) 按貯倉傾角和結(jié)構(gòu)形式分根據(jù)傾角和結(jié)構(gòu)形式，煤倉和礦倉又可分為垂直、傾斜、水平和混合式的四個類型。其中水平式倉體是指金屬活動倉。(3) 按貯倉的作用分根據(jù)礦井全部的煤和礦石是否全都通

15、過，貯倉還可以分為分流倉和主流倉兩種。主流倉是指礦井全部煤都要通過的倉。在正常情況下，主流倉前邊來的煤都直接向主流倉和裝載系統(tǒng)轉(zhuǎn)運而不必入分流倉。而分流倉的煤則需要通過它進入下部裝載系統(tǒng)。因而主流煤倉一般短粗。這種情況，主流倉需要的容量并不大。分流倉是指只有礦井的一部分煤通過的煤倉。僅在高峰時，主流倉運不出去或主流倉前面設(shè)備停止運轉(zhuǎn)時，才通過膠帶輸送機向分流倉裝載貯存。待井底車場卸載停止時，再將分流倉的煤通過主流倉向主提升容器進行裝載。分流煤倉主要是緩沖高峰來煤，因此要求容量比主流倉要大。圖 11 淺倉分類a漏斗倉 b低壁淺倉c高空淺倉 - 4 -(4) 按溜煤的方式分：根據(jù)溜煤的方式可以分為

16、 3 種。1) 煤在斜坡溜槽中溜放(如鐵溜槽、鑄石榴溜等)，這種溜放方式根據(jù)其可否控制又分為自由溜放和約束溜放兩種方式。2) 煤在各種溜井中直接溜放。這種溜放方式也可分為設(shè)螺旋溜槽溜放和不設(shè)螺旋溜槽溜放兩種方式。3) 采用斜坡和垂直溜井相結(jié)合的溜放方式，這是上述兩種方式的結(jié)合。1.31.3 常見的堵塞事故常見的堵塞事故 隨著生產(chǎn)集中化程度的發(fā)展，井下貯倉已成聯(lián)系井上下各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的重要樞紐。一旦發(fā)生故障就會造成某些環(huán)節(jié)甚至全礦井生產(chǎn)的中斷。煤倉在使用中最主要的故障是在倉內(nèi)發(fā)生堵塞事故，往往因此造成停產(chǎn)。漏口的反復(fù)堵塞使煤或者礦石的流動呈間歇狀況，導(dǎo)致放出口的生產(chǎn)率低；倉內(nèi)的嚴重堵塞往往還會形成跑

17、倉事故，威脅著工人的生命安全。要是煤倉和礦倉不發(fā)生堵塞事故不是一件容易的事，國內(nèi)外在這方面進行了大量的研究工作。這幾年來，由于人們逐步掌握了煤和礦石在倉內(nèi)的流動規(guī)律，并從貯倉的功能設(shè)計方面作了改進，因而貯倉的堵塞事故已大為減少。根據(jù)對貯倉堵塞事故的觀察和分析可以發(fā)現(xiàn)，堵塞事故大多數(shù)發(fā)生在倉體的下部和漏斗口的附近，并有一定的規(guī)律性。常見的堵塞現(xiàn)象主要有如下幾種： - 5 -圖 1-2 煤倉堵塞的幾種現(xiàn)象a，b卡煤現(xiàn)象 c，d，e結(jié)拱現(xiàn)象 f粘附現(xiàn)象(1) 卡塞現(xiàn)象（圖2a,b）這種現(xiàn)象絕大多數(shù)是發(fā)生在倉的漏口附近，主要是由于塊料之間發(fā)生機械性卡咬的結(jié)果?？ㄒУ膲K料多由塊組成，由于相互楔緊，往往形

18、成很穩(wěn)定的外殼。這種堵塞現(xiàn)象的發(fā)生主要是由于料塊太大或者漏口斷面尺寸相對地太小的緣故。(2) 結(jié)拱現(xiàn)象（圖2c,d,e）這種現(xiàn)象多發(fā)生在斷面縮小的漏口處，圖 c；垂直倉的下段，圖 d；混合倉的拐彎出，圖 e；或貯倉坡度急劇變化之處等。 發(fā)生結(jié)拱現(xiàn)象主要是由于卸載時的沖擊負荷及貯料的自重對上述各處貯料壓實的結(jié)果。它比卡塞現(xiàn)象更穩(wěn)定。隨著堵塞時間的延長，拱殼越來越厚而且也更加堅固。結(jié)拱現(xiàn)象往往是由一個整體的和較大范圍的穩(wěn)定狀態(tài)的煤來維持，而卡塞現(xiàn)象往往只是由其外殼的穩(wěn)定性來維持。顆粒狀貯料容易發(fā)生卡塞，粉狀粘結(jié)性貯料容易結(jié)拱，漏斗口的結(jié)拱較易處理，倉體下部的結(jié)拱處理極為困難，而且也很不安全。 -

19、6 -隨著時間的延長，拱殼越來越厚而且也更加堅固。結(jié)拱現(xiàn)象往往是由一個整體的和較大范圍的穩(wěn)定狀態(tài)的煤來維持。而卡塞現(xiàn)象往往只是由其外殼的穩(wěn)定性來維持。顆粒狀貯料容易發(fā)生卡塞，粉狀粘結(jié)性貯料容易結(jié)拱，漏斗口的結(jié)拱較易處理，倉體下部的結(jié)拱處理極為困難而且也很不安全。(3) 粘附現(xiàn)象(圖 1-2f) 當粉料中含有一定水分時，靠近倉壁或漏口壁的粉料，由于受貯料壓實的影響，被擠壓在倉壁四周上，與倉壁緊密地粘附在一起，以后由于不斷地補充就在斗倉附近形成縮小的漏斗，使斗倉斷面減小，因而創(chuàng)造了容易結(jié)拱的條件。輕微的粘附現(xiàn)象對保護倉壁有好處，但嚴重的粘附現(xiàn)象會使其處理工作十分困難。因此在溜放粉料比例大、料質(zhì)軟，

20、又有一定水分的煤或礦石時，應(yīng)注意采取防止粘附現(xiàn)象發(fā)生的措施。(4) 棚蓋現(xiàn)象 貯倉的棚死現(xiàn)象多發(fā)生在倉內(nèi)的防鏟被破壞后，如倉壁由于防護不當而大片脫落，鋼軌由于沒有固定好而單根下指；鋼筋混凝土隔墻的保護層磨損后鋼筋外露卷翹而阻塞等。有時由上口卸入坑木、道木或其它雜物時也可以造成倉內(nèi)的棚死現(xiàn)象。貯倉一經(jīng)棚死，處理十分因難，因此應(yīng)設(shè)法避免。分析貯倉常見的堵塞事故，發(fā)現(xiàn)它是有一定規(guī)律性的：1) 貯倉的堵塞部位比較固定，大多數(shù)是發(fā)生在貯倉的下門(漏口或閘門附近)。個別嚴重的堵塞事故往往發(fā)生在垂直貯倉的下部，其部位根據(jù)倉體直徑、高度、卸載方式及貯料高度的不同有所不同，一般在下口 510 米的范圍之內(nèi)。此外

21、，混合倉的拐彎處，貯倉的斷面由大變小的突變處，也往往由于斷面不足和受上口卸載的沖擊而造成堵塞事故；2) 一些貯倉之所以經(jīng)常發(fā)生堵塞事故，是出于倉體的功能設(shè)計有問題：如溜放大塊料采用了小斷面漏口，溜放粘結(jié)性料采用了普通直線形斗倉和斷面過小的漏口；對上口卸載沖擊力大的倉體的下部，采用了小直徑倉體等。這時，倉體的堵實事故是經(jīng)常性的，而且消除也比較困難，往往需要停產(chǎn)重新改造和翻修。功能設(shè)計處理得比較好的貯倉，一般不發(fā)生堵塞事故。即使發(fā)生了事故，也容易處理。3) 同樣斷面的垂直式貯倉比傾斜式貯倉的堵塞事故多。這是由于傾斜式貯倉的上口卸載后，不同顆粒在下滑過程中出現(xiàn)自然分級狀態(tài)，因此對貯倉的下部沖擊較小，

22、而垂直 - 7 -貯倉的上口卸載后，煤以重力加速度降落在倉的下部，因而砸實現(xiàn)象比較嚴重，為此在設(shè)計中應(yīng)考慮采取措施。對于垂直式貯倉，同樣情況下，倉體深度越大，倉體下部的沖擊越嚴重，因而堵塞的可能性就越大，同時堵塞的部位和范圍也將向上擴大。4) 煤中的水分是極其有害的，一些平常不易堵塞的倉，當物料含水量加大時而發(fā)生了堵塞。.4.4 堵塞事故發(fā)生的原因堵塞事故發(fā)生的原因煤從倉內(nèi)放出，一般是依靠其重力(即垂直向下的壓力)來實現(xiàn)的。當其顆粒間及顆粒與倉壁間的內(nèi)力和小于放出物料的重力時，物料將通暢地流出，當上述內(nèi)力和等于或大于物料的重力時，物料將停止流動而實現(xiàn)結(jié)拱堵倉現(xiàn)象。煤從倉內(nèi)流出受許多因素的綜合影

23、響。為了研究其在倉內(nèi)的流動狀況以及其和堵塞的關(guān)系，可將這些影響因素劃分為內(nèi)因的和外因的兩個方面。內(nèi)因主要是指煤的物理機械性質(zhì)，如貯料的品種、粒度組成、含水量等，但其中起決定性的因素是貯料的粒度組成。粒度組成不同，貯料在倉內(nèi)的壓實度也不同，需要的斗倉斷面及漏口尺寸也不同。外因主要是指倉體功能設(shè)計中的一些因素，如倉體、斗倉及漏口的斷面形狀與尺寸、漏口的數(shù)目和傾角、倉體貯料的高度、斗倉四壁的光滑程度、卸載方式、貯存時間、對倉內(nèi)存料的壓實程度等。但其中重要的因素是放出口的斷面尺寸和倉內(nèi)存料的壓實度。圖 13 說明了影響放出過程發(fā)展諸因素的相互關(guān)系。 - 8 -圖 1-3 影響放出過程發(fā)展諸因素的相互關(guān)

24、系通常進行倉體設(shè)計時，貯料的內(nèi)因條件多是固定了的，因此應(yīng)設(shè)法改變外因條件來防止倉體的堵塞，這昭倉體功能沒計中的重要任務(wù)之一。為了更好的說明堵塞的原因，可將溜放的原煤分為兩種類型：(1)粗顆粒狀(或塊狀)為主的當慤中塊以上的料占較大比例時，其堵塞多表現(xiàn)為機械卡咬(卡塞)；(2)細顆粒狀(或粉狀)為主的：當煤細?；蚍哿险贾饕獣r，這時它的流動規(guī)律是由細?；蚍哿Ａ蟻泶_定的，其堵塞多表現(xiàn)為結(jié)拱。1.4.11.4.1 粗顆粒狀粗顆粒狀( (或塊狀或塊狀) )為主的煤為主的煤 對于粗顆粒狀(或塊狀)的煤能否暢通地流動，首先決定于放出孔(漏口)大小和放出物料顆粒尺寸的比值，因此，一定暄顆粒組成就規(guī)定了放出孔的

25、合理尺寸。這種煤基本上是屬于自由流動的物料，一般不會出現(xiàn)由于其被壓實而引起結(jié)拱或結(jié)管現(xiàn)象。當放出孔和放出物料顆粒的比值小于 45 時，可能發(fā)生卡塞現(xiàn)象。圖 14 是在光學彈性模型中得到的粗粒物料機械卡塞時力的傳遞情況。卡塞現(xiàn)象多發(fā)生在漏門附近，其主要原因有下述幾方 - 9 -面：(1) 大量的超限煤塊卸入倉內(nèi) 根據(jù)對服務(wù)于厚煤層煤倉的觀察，經(jīng)常見到 500600毫米以上的煤塊，而且往往集中在某一段時間內(nèi)，這時一些煤倉的下口將出現(xiàn)連續(xù)性卡塞現(xiàn)象。大量的超限煤塊的主要來源是厚煤層或中厚煤層的回采工作面，這是因為：圖 14 光學彈性模型中粗粒物料機械卡塞時力的傳遞情況1) 厚煤層及中厚煤層過去多為炮

26、采工作面，放炮后超限煤塊比較集中，沒有全部破碎就上了運輸機；2) 采用分層采煤法開采厚煤層時，有時留有護頂煤，同時上下分層巷道間有時留有“夾板”煤，在開采下分層時，這些煤便成為大塊冒落下來；3) 采用綜采設(shè)備開采厚煤層時，有時因采高限制不能一次采全高，采煤機采過后，頂煤需要放震動炮，這時多產(chǎn)生大塊煤，而又得不到破碎。大量未經(jīng)破碎的煤同時來到卸載點，卸載點又無足夠能力的破碎設(shè)備，使煤倉上口限制塊料的篦子失去作用成為障礙而被取消，實際上是讓超限料塊通暢地進入倉內(nèi)，這時，下口尺寸不能滿足通過大量塊料的要求，因此就會發(fā)生卡塞現(xiàn)象。(2) 貯倉漏口和閘門尺寸太小 過去設(shè)計的煤倉，不管是服務(wù)于開采厚煤層還

27、是薄煤層，般都用標準閘門的規(guī)格，采用了一樣的尺寸(700800700800 毫米)。上述尺寸溜放粉煤為圖 15 斜倉大塊煤集中現(xiàn)象 - 10 -主和沒有粘結(jié)性的煤一般能滿足要求，但對塊煤比例較大的原煤就容易發(fā)生卡塞事故。對待大量塊料入倉問題，過去沒有引起足夠的重視，既沒有消除它的措施和設(shè)法限制其入倉，又人為地限制了漏口的斷面尺寸不讓其順利通過，因此造成一些倉的頻繁堵塞和處理困難。對貯塊料為主的倉，堵塞事故比較容易處理；可根據(jù)具體情況或加大下口尺寸，或限制大塊料入倉都可以解決。 (3) 倉體布置不合理造成大塊物料的集中 圖 15 是傾斜煤倉底部由于煤的自然分級現(xiàn)象而帶來的前倉口堵塞現(xiàn)象。這是因為

28、大塊煤被分離而靠近頂板，集中由前倉口卸出的緣故。1.4.21.4.2 細顆粒狀細顆粒狀( (或粉狀或粉狀) )為主的煤為主的煤對于細顆粒狀(或粉狀)為主的煤其結(jié)拱堵塞現(xiàn)較為復(fù)雜，它受許多因素的影響，主要有：(1) 煤的物理機械性質(zhì)及其壓實度的影響 前述煤的顆粒組成是其物理機械性質(zhì)及確定其流動性的基本參數(shù)。井下開采的原煤是由不同粒度的顆粒所組成，當含粉料或小粒徑料較多時，整個物料的流動特性將為細顆粒的流動規(guī)律所決定，較大顆粒在流動中將為被動介質(zhì)。 對細粒狀(或粉狀)為主的物料，它的內(nèi)摩擦力較大，同時還表現(xiàn)出較大的粘結(jié)力。當物料濕度增加會促進粘結(jié)力的增長，這就構(gòu)成結(jié)拱堵塞的前提條件。物料的這種內(nèi)力

29、越大，流動性就會越小，結(jié)拱的危險性就越大。上述阻礙物料流動的內(nèi)力主要還取決于倉內(nèi)貯料的壓實度，它是細粒料堵塞的最重要因素。壓實度的增加，使貯料密度提高，因而內(nèi)摩擦力和內(nèi)聚力(即抗剪強度)都會增加，這就使物料中的內(nèi)力(阻礙運動的力)可能超過其重力，因而倉內(nèi)貯料失去流動性而發(fā)生結(jié)拱堵倉現(xiàn)象。國外曾對干砂進行試驗，當砂內(nèi)空隙總體積由 46降到 4041時，干砂的摩擦系數(shù)就會由 0.530.63 增加至 1.19 通過 x 射線攝影法曾獲得流動帶內(nèi)部狀況的照片：當流動達到穩(wěn)定狀態(tài)以后，倉內(nèi)就形成了粉料密度降低的不連續(xù)的流動線，并向放出口方向移 - 11 -動，這說明了壓實效應(yīng)的存在和其明顯的作用。由于

30、倉內(nèi)貯料被壓實而造成的拱圈，具有相當大的穩(wěn)定性。卸載時沖擊力越大，時間越長，這種穩(wěn)定性就越難以破壞。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生為許多實踐所證實，其原理可以用MM普羅托吉雅珂諾夫的地壓理論來解釋，即認為貯倉中所以形成拱形而不冒落，是因為在這個拱圈的上面形成了個一定厚度的密實的硬殼。該硬殼是具有足夠的強度，可以承受本身及其上面存料的重力作用，使其和周圍系統(tǒng)形成了暫時的穩(wěn)定平衡狀態(tài)。影響壓實度的因素：1) 貯料高度：在一定范圍之內(nèi)，貯料高度加大，對其下部的壓實度越高；但當其超過一定范圍時，上部貯料的自重將被倉內(nèi)的摩擦力所抵消。2) 貯倉上部的卸載方式和貯倉的結(jié)構(gòu)形式：對于垂直倉，倉上口卸載時比倉下部放料穩(wěn)定流動

31、時的豎向壓應(yīng)力要大得多。尤其是采用集中卸載時，沖擊力最大(如翻籠和底卸式礦車等)，因而壓實度也高。3) 時間的影響：隨著料在倉內(nèi)貯存時間的延長，料在其自重影響下將發(fā)生沉降，增加了貯料的密實程度，因而壓實度得到提高。4) 倉體或漏口斷面尺寸的影響：倉體或漏口斷面太小時，壓實作用得不到釋放；斷面尺寸加大時，一處被沖擊壓實，另處將被松散，使整個倉內(nèi)料的壓實度不致過分提高。5) 原煤粒度和濕度的影響：粒度愈大，壓實度愈小；原煤中大顆粒間被各種小顆粒充填時，其壓實度將提高，粉料中塊料比例增加時松散作用將加強。物料中含有一定量水分時，可起潤滑作用，減小塊和塊間的內(nèi)摩擦力，從而促進貯料在倉內(nèi)的沉降和壓實。倉

32、內(nèi)存料的物理機械性質(zhì)是決定物料結(jié)拱難易程度的內(nèi)在因素，而壓實度是促進倉內(nèi)物料結(jié)拱的重要外加條件。 上述兩種因素結(jié)合可促進倉內(nèi)結(jié)供的形成。一般情況下，如果上面不斷地卸載，將使存料受到壓縮。但下口不斷地溜放又會使被壓實的貯料松散，而且松散的作用比壓實的作用要大得多。這是由于倉上部裝料時要產(chǎn)生大得多的垂直壓應(yīng)力，而卸料時垂直壓應(yīng)力減小，水平壓力增加，使物料松散，因此有利于消除結(jié)拱。最壞的情況是上面不斷地卸載，而下口又長期不溜放，這時如果倉體或漏口斷面尺寸不夠大，就為結(jié)拱創(chuàng)造了良好的機會。 - 12 -(2) 貯倉結(jié)構(gòu)形式的影響 倉內(nèi)由于壓實而結(jié)拱的現(xiàn)象多發(fā)生在垂直倉體的下部和漏口處以及斷面急劇變小處

33、、立、斜倉交會處等，圖 16 斜倉與立倉相比結(jié)拱堵塞較少。這是由于物料從上口卸載后發(fā)生自然分級的現(xiàn)象，較大的塊度以較大的步距跳躍而最先落至靠近倉體頂板方向，而較小的塊度和粉料則緩慢下滑而覆蓋在底板上，因而倉下部不直接承受上部卸載時的集中動力沖擊。同時，傾斜倉中貯料的自重其大部分傳至底板上，這就減輕了倉體下部物料被壓實的程度。垂直式的倉體下部直接承受上部卸載的沖擊，且貯料的自重除由摩擦力克服一部分外，其余的成為重力，作用在下部貯料上產(chǎn)生壓實效應(yīng)。 (3) 斗倉結(jié)構(gòu)和漏口尺寸的影響 斗倉的作用是將倉體斷面縮小，使溜放的物料能為提升運輸設(shè)備所承受和能有效地控制倉內(nèi)物料的放出，因此斗倉和漏口處正是整個

34、倉的咽喉鎖口和薄弱環(huán)節(jié)，大多數(shù)的卡塞和結(jié)拱現(xiàn)象發(fā)生在這里。圖 16 幾個容易結(jié)拱的貯倉實例 - 13 -a 瘦長形倉體；b受集中載荷時下口彎曲的倉體；c斜倉短的混合式倉體；d施工造成的溜井彎曲；e斷面的大變小的倉體物料通過斗倉時，斷面大大縮小，流動方向要發(fā)生改變，顆粒要更新排列，這些變化都要產(chǎn)生摩擦阻力并消耗能量。當垂直向下的壓力降低到零時，即溜放阻力等于或大于物料的重力時，物料就會停止流動，出現(xiàn)結(jié)拱堵塞現(xiàn)象。當斗倉結(jié)構(gòu)選擇得不合理或不適應(yīng)所貯存物料的流動性質(zhì)時，則流動時阻力就要加大，結(jié)拱堵塞的現(xiàn)象就會相隨發(fā)生。多年來的實踐表明，流動性較好的物料可以采用角錐形斗倉結(jié)構(gòu)。 (4) 其他影響堵塞的

35、因素： 1) 含水量的增加對倉內(nèi)發(fā)生堵塞現(xiàn)象將起著積極的作用煤內(nèi)水分的增加和水膜的存在，會使其顆粒間的粘結(jié)性提高，流動性降低，因而能促使倉內(nèi)貯料的壓實和結(jié)拱。特別是對于細顆粒為主的物料，水分起著十分重要的作用。 根據(jù)試驗和實踐的材料證實，對于細顆粒煤炭，當水分在 4以下時，對流動影響較小；水分達 48時，影響較大，這時，物料流動緩慢，易于結(jié)拱堵倉；當水分在812時影響最大，經(jīng)常發(fā)生結(jié)拱堵倉現(xiàn)象。 2) 大塊物料或雜物可造成難以處理的棚溢現(xiàn)象。 常見的有以下幾種情況： a倉壁由于沒有支護或因支護失效而造成大片垮落的： b倉內(nèi)采用鋼軌防護、鋼軌之間及鋼軌和底板之間沒有進行有效的固定，而成零根脫落的

36、； c傾斜倉采用鑄石板或其它裝配式材料進行防護，由于固定的不牢而脫落的； d垂直式貯倉由于倉體不直或采用旁側(cè)卸載和傾斜式貯倉由于中線偏移、坡度起伏而造成煤的直接沖擊，往往使倉壁成隔墻破壞成塊冒落的； e采用鋼筋混凝土防護或隔墻中配有鋼筋，由于物料沖擊和磨損而使鋼筋外露卷翹形成團狀物，阻塞倉體斷面的； f采用錨噴文擴，鉆扦擔根脫落的； - 14 - g大塊矸石或坑木、鋼筋混凝土背板等雜物未加限制卸入倉內(nèi)的；上述各方面的因素都可造成倉內(nèi)的棚蓋堵塞現(xiàn)象，一旦發(fā)生處理十分困難，往往造成一個班到幾天的停產(chǎn)，而且處理時很不安全。 - 15 -2.2.煤倉疏通機疏通裝置設(shè)計煤倉疏通機疏通裝置設(shè)計本次設(shè)計計是

37、根據(jù)洗煤樓煤倉堵塞的情況而設(shè)計的煤倉疏通機，如圖 21 所示。當洗煤樓有干石等非煤物質(zhì)未能洗掉時，干石等物質(zhì)會隨煤礦一起進入煤倉，當煤礦在煤倉內(nèi)長時間沒運走時，因干石等物質(zhì)的存在引起煤倉發(fā)生堵塞。圖 2-1 疏通裝置示意圖2.12.1 疏通裝置的總體簡介疏通裝置的總體簡介本疏通機主要用于煤礦煤倉疏通，采用動高壓原理，利用發(fā)射高速橡膠彈沖擊破拱的方法實現(xiàn)煤礦煤倉疏通。本疏通機具有適用于煤倉中的環(huán)境，采用現(xiàn)場原有的氣源作為動力，整個使用過程完全靠手動操作，沒有產(chǎn)生火花或靜電的可能，安全性能特別好，完全滿足井下作業(yè)的要求。能夠在一小時內(nèi)完成煤倉的疏通工作，對于提高煤礦生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)水平具有非常重

38、要的意義。疏通裝置主要由蓄能裝置，增速裝置，緩沖裝置，固定裝置四部分組成。該煤倉堵塞疏通裝置的基本原理是：當煤倉發(fā)生堵塞時，將橡皮球裝入疏通裝置中，采用動高壓原理，瞬間使橡皮球瞬間發(fā)生出去，撞擊煤倉堵塞處，以達到煤倉堵塞疏通的效果。該裝置原理簡單，容易操作。2.2 疏通裝置的結(jié)構(gòu)本疏通機的組成主要包括五個部分：增速及緩沖裝置，角度調(diào)節(jié)裝置，高度調(diào)節(jié)及底座，控制發(fā)射裝置和蓄能裝置。 - 16 -增速及緩沖裝置實現(xiàn)橡膠彈的加速，以達到 65kg 的沖擊力；緩沖功能使橡膠彈發(fā)射后減緩增速筒的后坐力，以保護角度調(diào)節(jié)裝置。角度調(diào)節(jié)裝置的調(diào)整絲桿可沿圓弧形軌道滑動，使增速和緩沖裝置實現(xiàn)發(fā)射角度調(diào)節(jié)，以適應(yīng)

39、不同堵塞位置的需要。控制發(fā)射裝置實現(xiàn)人工控制橡膠彈的發(fā)射，安全可靠。蓄能裝置，即儲氣罐，實現(xiàn)高壓蓄能，以保證橡膠彈發(fā)射增速所需要的氣量，并具備壓力保護和壓力調(diào)節(jié)功能，以適應(yīng)橡膠彈不同的發(fā)射高度需要。2.3 工作原理本疏通機采用動高壓原理，利用發(fā)射高速橡膠彈沖擊破拱的方法實現(xiàn)煤倉疏通。 圖 2-2 疏通機工作原理裝置圖本疏通機利用現(xiàn)場的氣源作為動力，由蓄能罐進行高壓氣體蓄能。圖 22 為疏通機工作原理示意圖。在蓄能器蓄能之前，先打開進氣閥 16 使快排閥處于封閉位置，然后打開進氣閥 1 使蓄能器蓄能。觀察壓力表 2，待蓄能器 5 達到設(shè)定壓力后，操縱控制開關(guān)18 使快排閥動作，高壓氣體沖擊橡膠彈

40、，使橡膠彈在增速筒內(nèi)加速到一定的速度，沖擊煤倉內(nèi)原煤堵塞位置，實現(xiàn)破拱，完成煤倉的疏通工作。1617211441819氣源接氣源接口口口口口口 - 17 -3.3.疏通裝置主要部件設(shè)計疏通裝置主要部件設(shè)計3.13.1 增速裝置增速裝置3.1.1.3.1.1. 橡膠彈設(shè)計橡膠彈設(shè)計本方案采用高壓氣動發(fā)射橡膠彈，給煤倉堵塞處的拱腳以沖擊而達到疏通煤倉的目的，橡膠彈要對倉內(nèi)堵塞的原煤以足夠大的沖擊力。由于橡膠是一種高分子材料，具有高彈性，在橡膠彈沖擊拱腳時，自身的彈性變形將吸收一定的能量，而減弱對原煤的沖擊力，因此經(jīng)過分析比較，本設(shè)計選用壓縮變形小，而彈性較差的特種橡膠氯醇(氯醚)橡膠(H75型)。

41、1）橡膠彈質(zhì)量的計算已知該橡膠密度=1.37g/cm3，設(shè)該橡膠彈為圓柱形，橡膠彈直徑為 80mm，長度為L1=100mm，則橡膠彈的體積為：22331140100502654.816502.7VS LRLmmcm則該橡膠的質(zhì)量為：1.37 502.7688.6990.689mvgkg2）推力大小計算假設(shè)某煤倉下倉口斷面尺寸為，倉口下部的送煤機距離倉口約60 70cm3040m，若由下倉口處送入疏通機，但由于空間限制，現(xiàn)假設(shè)橡膠彈發(fā)射炮筒長度為，發(fā)射氣壓暫定為 0.5MPa。260Lcm氣壓推動橡膠彈的有效作用面積為橡膠彈的大圓面積，即：2222450.270.005027SRcmm橡膠彈的初

42、始推力為：600.5 100.0050272514FP SN3）炮彈出口速度計算假設(shè)炮彈從初速度為零到炮彈出口過程中，氣壓為損失，且為了使炮彈有足夠的沖 - 18 -擊力以達到破拱的目的，現(xiàn)假設(shè)炮筒豎直放置，在不考慮外界任何阻力的情況下，橡膠彈能達到高度 H=200m 的地方，則橡膠彈的出口速度為：由可得：202gHv022 9.8 20062.6/gHm sv然后計算在此速度下所需炮筒的長度 L2.假設(shè)橡膠彈從初速度為零到炮彈出口過程中，氣壓無損失，則由能量守恒定律可得：橡膠彈的出口動能為： 21022()mvFmg L解得：221102220.689 62.60.53853.825140.

43、689 9.8mvLmcmFmg則取定炮筒長度 L2=55cm在此長度下計算炮彈的出口速度 V0202()2 (25140.689 9.8) 0.5563.3/0.689Fmg LVm sm橡膠彈的出口速度，原煤堵塞部位距煤倉下口一般 38 m，則橡膠063.3/Vm s彈沖擊擁堵原煤拱腳的速度約為。62/Vm s假設(shè)橡膠彈的沖擊作用可分為兩類：一：彈體在極短的時間內(nèi)穿入堵塞的原煤中；二：彈體以極短的作用時間沖擊堵塞原煤后，損失一定能量并以一定的速度沿某個角度彈回。由沖量定理 Ftmv，對于第一種情況：橡膠彈經(jīng)過一定作用時間后速度變?yōu)榱?，動能轉(zhuǎn)化為熱能，若假設(shè)其作用時間為 0.1s，則可得橡膠

44、彈對煤倉堵塞處拱腳的沖擊力為：F0.6896210427N，即 44kg，作用時間越短，沖擊力越大；對于第二種情況：假設(shè)橡膠彈經(jīng)過極短的時間沖擊堵塞原煤拱腳后，其能量一方面由于橡膠彈的彈性變形而轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，另一方面堵塞處的原煤并非剛性，橡膠彈沖擊受力后反彈，彈體速度有所下降并以一定角度彈回，根據(jù)反彈后的飛行速度和角度不同，橡膠彈對拱腳的實際沖擊作用力也不同，因此若假設(shè)沖擊后其能量損失為 50，則回彈速度大約 35m/s，可達到的沖擊力 - 19 -為：65kg(增速筒稍短時，橡膠彈沖擊速度有所下降，沖擊力隨之下降)。3.1.2.3.1.2. 增速筒設(shè)計增速筒設(shè)計增速筒選用普通鋼管，因為橡膠彈直

45、徑為 80mm，以防增速筒重量過大，不便于搬運攜帶，設(shè)定增速筒內(nèi)徑為 80.5mm，外徑為 86.5mm，即管壁厚 3mm。3.1.3.3.1.3. 耗氣量計算耗氣量計算計算氣體通過快排閥的流量：1.由于儲氣罐的氣體在瞬間通過快排閥排出沖擊橡膠彈，氣體狀態(tài)變化在瞬間完成，因此其狀態(tài)變化應(yīng)屬于絕熱狀態(tài)過程。2.假設(shè)儲氣罐最高使用壓力能達到 8 個大氣壓，即 0.8MPa，根據(jù)快排閥出口壓力與進口壓力比（出口壓力是沖擊橡膠彈的壓力，為 0.5MPa，進口氣壓為儲氣罐氣壓 0.8MPa）p2/p1=0.5/0.8=0.625，可知氣體通過快排閥的速度為超聲速；假設(shè)快排閥的有效截面積為直徑 40mm

46、的圓面，則氣體作用在快排閥上的有效面積為，因此計算通過快排閥的流量為：222201256.6ARmm11273.16273.16113113 1256.6 0.8139620 /min273.1620zQApLT則通過快排閥的空氣流量為 139620L/min(2327L/s)。類比于空氣炮的排氣性能，假設(shè)儲氣罐中壓縮氣體在 0.02s 內(nèi)全部排出，則快排閥在 0.02s 內(nèi)的氣體排量為：19L/0.02s。3.1.4.3.1.4. 閥體設(shè)計閥體設(shè)計閥可以分為換向型方向控制閥和單向型方向控制閥兩大類?？梢愿淖儦饬髁鲃臃较虻目刂崎y稱為換向型，簡稱換向閥，如氣控閥、電磁閥等。氣流只能沿著一個方向流

47、動的控制閥稱為單向型控制閥，如單向閥、梭閥、雙壓閥和快速排氣閥等。用氣壓力來操縱閥切換的控制方式，這種閥稱為氣壓控制換向閥，簡稱氣控閥。氣控閥在易燃、易爆、潮濕、粉塵的工作環(huán)境中能安全可靠工作。氣壓控制可分為加壓控制、卸壓控制、差壓控制和延時控制等。單向閥只允許氣流在一個方向上通過，而在相反方向上則完全關(guān)閉。對于單向閥的基本要求是正向流動時，閥的流動阻力要小，即流通能力大。反向流動時，要求密封性能好，即泄露小。 - 20 -在氣動自動化系統(tǒng)中，單向閥常用于需防止空氣倒流的場合。如用于防止回路中某個支路的耗氣量過多而影響其他元件的工作壓力下降，在空壓機出口管路中常安裝單向閥。單向閥在大多數(shù)場合下

48、，與節(jié)流閥組合構(gòu)成速度控制閥，來控制氣缸的運動速度。當單向閥用作精密的壓力控制時，必須可調(diào)整閥的開啟壓力和閥前后的壓差。當單向閥用于要求嚴格密封不能泄露的場合，應(yīng)采用錐面密封，或其他的彈性密封，不宜采用球或金屬閥芯的密封。本設(shè)計采用快排閥，如圖 3-1 為快速排氣閥的示意圖。圖 3-1 快速排氣閥當 P 口進氣后，閥芯關(guān)閉排氣口 O，P、A 通路導(dǎo)通，A 口有輸出。當 P 口無氣時，輸出管路中的空氣使閥芯將 P 口封住，A、O 接通，排向大氣?？炫砰y用于使氣動元件和裝置需快速排氣的場合。例如，把它裝在換向閥和氣缸之間（應(yīng)盡量靠近氣缸排氣口，或直接擰在氣缸排氣口上） ，使氣缸排氣時不用通過換向閥

49、而直接排出。這對于大缸徑氣缸及缸閥之間管路長的回路，尤為需要。快排閥也可以用于氣缸的速度控制，如用來實現(xiàn)氣缸的慢進快退動作?？炫砰y設(shè)計的基本內(nèi)容：1.確定閥體材料根據(jù)工作介質(zhì)的性質(zhì)確定合適的材料，確定材料具有足夠的耐蝕性，并具有可靠的強度和剛度。 - 21 -因為管道中最高壓力不超過 1MPa，由閥門設(shè)計手冊選擇閥體的材料為 45#鋼。2.確定閥體的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)閥門的總體設(shè)計，安裝要求和材料工藝性確定閥體的結(jié)構(gòu)形式，如圖 3-2 所示。圖 3-2 快排閥結(jié)構(gòu)示意圖3.確定閥體的公稱通徑 DN查閥門設(shè)計手冊表 1-26，閥門的公稱通徑系列（GB1047） ，選取閥體的公稱通徑DN=50mm。4.

50、初步確定閥體的閥口大小和內(nèi)腔直徑初步確定該快排閥的閥口直徑為 20mm，閥體內(nèi)腔直徑為 50mm。確定活塞在閥體內(nèi)運動的長度為 L2=68mm，閥口的長度為 L3=26mm。3.1.53.1.5 管件設(shè)計及密封設(shè)計管件設(shè)計及密封設(shè)計3.1.5.13.1.5.1 管件管件管件在氣動系統(tǒng)中相當于動脈，起著連接各元件的重要作用，通過它向各氣動元件、裝置和控制點輸送壓縮空氣。管件也是氣動系統(tǒng)中往往容易忽視的重要內(nèi)容之一，其設(shè)計、選用及施工質(zhì)量的好壞往往影響整個系統(tǒng)的工作狀況。如施工時不注意管件的密封，結(jié)果將造成管路、裝置的泄露這不但浪費了能源，嚴重的使氣源壓力降低，影響閥、氣缸等元 - 22 -件的正

51、常動作。管件材料有金屬和非金屬之分，金屬管件多用于車間氣源管道和大型氣動設(shè)備；非金屬管道多用于中小型氣動系統(tǒng)元件之間的連接以及需要經(jīng)常移動的元件之間連接（如氣動工具） 。用于氣動的管道有鋼管、銅管、聚氯乙烯硬管等。鋼管有低壓流體輸送用鋼管、電焊鋼管、無縫鋼管和不銹鋼管，都可用作空氣管道。其中低壓流體輸送用鋼管適用于水、煤氣和空氣管道。在測量裝置、試驗臺等應(yīng)用場合，對于管道質(zhì)量要求嚴格，此時常采用不銹鋼管，但價格昂貴。鋼管在以往氣動裝置中用得較普遍，目前由于軟管材料性能的提高多已取代銅管。銅管常用在特殊的場合下，如環(huán)境溫度高、使軟管容易受損傷的地方。聚氯乙烯硬管的管道之間的連接一般需要加熱焊接，

52、在氣動中用得較少。聚氯乙烯硬管有時也用作塑料軟管的保護管。在本次煤倉疏通機設(shè)計中，綜合考慮到價格、重量等因素，決定選用軟管材料來用于儲氣罐和快排閥之間的連接。氣動系統(tǒng)元件之間的連接主要用軟管。軟管的特點有可繞性、吸振性、消聲性以及連接、調(diào)整方便等。用于氣動的軟管主要有橡膠管、尼龍管、聚氨酯管和聚乙烯管。本設(shè)計中選用尼龍軟管。它具有柔軟性，可隨意彎曲，具有良好的接管工藝性，但當彎曲半徑小于最小容許半徑時，則會發(fā)生折曲并堵塞氣流；使用中具有良好的磨損性能，且變形較小，耐壓性能良好，足以滿足氣動系統(tǒng)的要求。但在高溫時的耐壓能力將迅速下降，允許的環(huán)境溫度一般為-200C+600C。查液壓氣動系統(tǒng)設(shè)計手

53、冊表 1738 半硬尼龍管性能參數(shù)，選取尼龍管的相關(guān)參數(shù)。 - 23 -由于是在井下工作，且考慮到易于搬運并且挪動方便，需要其彎曲半徑較大，所以選取該尼龍軟管的內(nèi)徑為 20mm，外徑為 25mm，選取其長度為 10m。3.1.5.23.1.5.2 接頭接頭軟管接頭種類、規(guī)格很多，常用的結(jié)構(gòu)有快換式管接頭、快插式管接頭、擴口式管接頭、快擰式管接頭和寶塔式管接頭等。管接頭形式有直通、終端、直角、三通、四通、多通、異徑、內(nèi)外螺紋及帶單向閥等應(yīng)用于不同場合的各種管接頭。管接頭材料一般采用黃銅或工程塑料制成。有的在黃銅接頭體上鍍鎳鉻層再加以拋光，以增加防腐蝕性能及美觀。管接頭螺紋有公制細牙、圓柱管螺紋和

54、圓錐管螺紋，從密封角度推薦用圓錐管螺紋接頭，且螺紋上涂有密封層。如圖 3-3 所示插入式管接頭，用于連接尼龍管和塑料管。最大工作壓力 1.0MPa。塑料管插入彈性卡頭后，將塑料管向外拉一下，使彈性卡頭和卡頭套在斜面處壓緊，產(chǎn)生的徑向作用力將卡頭的刃尖卡入管子外表面?？靠^和 O 形圈連接和密封。拆卸時將彈性卡頭往里推，即可拔出管子。具有裝卸方便，密封可靠的優(yōu)點。這種管接頭對管道外徑要求較嚴，適用于氣管外徑為 4、6、8、10、12mm 的管子。 - 24 -圖 3-3 插入式管接頭a）直通接頭 b）直角接頭 c）三通接頭使用軟管和軟管接頭時應(yīng)注意以下各點：1）進行軟管管路設(shè)計時應(yīng)保證管路裝拆和

55、調(diào)試的空間位置，避免機械裝置對管路的干擾。2）接管前應(yīng)用壓縮空氣吹盡軟管和接頭中的雜質(zhì)。3）布管應(yīng)整齊美觀，分組編號、捆扎，便于檢查。應(yīng)注意軟管使用的工作環(huán)境溫度，其直接影響到軟管的耐壓和工作的可靠性。4）軟管不要過于超過所需長度，以減少管路中的空氣壓力損失。管路曲率半徑在規(guī)定值以上，彎曲部分不要過于靠近接頭以免引起泄漏，避免軟管扭轉(zhuǎn)。5）擰緊螺紋管接頭是應(yīng)注意適當?shù)臄Q緊扭矩，表 3-1 所列為允許的擰緊扭矩。表 3-1 允許的擰緊扭矩螺紋接口尺寸(in)允許的擰緊扭矩(Nm)螺紋接口尺寸(in)允許的擰緊扭矩(Nm)Rc1/81.52Rc1/22830Rc1/4710Rc3/44750Rc3

56、/81315Rc16570 - 25 -3.1.5.33.1.5.3 密封件設(shè)計密封件設(shè)計在氣動元件中所采用的密封大致分為兩種：動密封和靜密封。類似缸筒和缸蓋、閥體和閥蓋等固定部分所需的密封稱為靜密封，而旋轉(zhuǎn)及往復(fù)運動所需的密封稱為動密封。密封分類見表 3-2。表 3-2 密封分類非金屬密封（包括橡膠、塑料密封圈）半金屬密封靜密封金屬密封成形密封（即軟質(zhì)密封，包括 O 形圈、Y 形圈）機械密封接觸型密封其他迷宮式密封動密封非接觸型密封間隙密封所謂間隙密封（或稱硬質(zhì)密封）是指靠密封零件之間的配合間隙來保證相鄰流體通道之間的密封。對零件的配合尺寸制造精度要求高，材質(zhì)要求高，工作氣源需經(jīng)凈化處理及油

57、零潤滑。但能耐較高的工作環(huán)境溫度。所謂軟質(zhì)密封是用成形密封圈來保證相鄰流體通道之間的密封。按密封的密封原理可分為壓縮密封和唇形密封。壓縮密封式將密封圈裝在密封溝槽中并形成適當?shù)念A(yù)壓縮量，借助于材料的反彈力壓緊密封面而起密封作用的。其中 O 形密封圈是典型的壓縮密封。O 形密封圈與其他形式密封圈比較有如下特點：1）單個密封圈可對兩個方向作用的氣壓進行密封，且密封性能可靠，用于靜密封時可以做到不泄露。2）既能用于靜密封，也能用于動密封（往復(fù)運動和旋轉(zhuǎn)運動） 。3）摩擦阻力隨 O 形圈的預(yù)壓縮量的增加而急劇增加，且工作時的始動摩擦力 Fs 比動摩擦力 Fd大得多，通常 Fs=（24）Fd。 - 26

58、 -4）軸向尺寸小，重量輕，成本低，密封部位結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便。法蘭蓋結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3-4 所示：圖 3-4 法蘭蓋結(jié)構(gòu)示意圖法蘭蓋采用 45#鋼，具體尺寸見圖紙。密封件選用：查氣動手冊 （徐炳輝主編） ，選用活塞氣動動密封 O 形圈的內(nèi)徑為 d1=56mm，O形圈斷面直徑 d2=5.300.13mm，溝槽寬度 b=6.9mm，溝槽深度 H=4.87mm。3.1.63.1.6 儲氣罐設(shè)計儲氣罐設(shè)計1.儲氣罐的作用1）對活塞式壓縮機來說，因其輸出氣流脈動、氣壓不穩(wěn)定，設(shè)置儲氣罐可以減少氣流的脈動、穩(wěn)定氣壓、減少管道的振動。從脈動角度考慮對回轉(zhuǎn)式壓縮機則因脈動可忽略而不設(shè)儲氣罐。2）儲存一定量的

59、壓縮氣體，以解決壓縮機排氣量和用戶耗氣量之間的不平衡，調(diào)節(jié)供氣和穩(wěn)定工作壓力。或儲存一定數(shù)量的壓縮空氣，以備氣源斷電等情況下進行緊急處理。3）進一步分離壓縮空氣中的水份和油份。2.儲氣罐的結(jié)構(gòu)型式儲氣罐一般是由鋼板焊接而成的壓力容器，可作成立式和臥式的，由于立式占地面積小，便于排污操作，故一般采用立式，如圖 35 所示。在設(shè)計時為了更好地分離油、水 - 27 -等雜質(zhì)，常使其進氣管在下，出氣管在上，以利于進一步分離空氣中的油水。此外每個儲氣罐上都應(yīng)考慮安裝壓力表或安全閥，并開有人孔或手孔，以便清理，底部應(yīng)裝有排放污水的閥門。圖 35 儲氣罐3.確定儲氣罐大?。河嬎愎苈敷w積：1）增速筒內(nèi)腔體積：

60、2233110.55 3.14 0.040252.8 10VLrm其中，L1為增速筒的直徑，r為增速筒的內(nèi)徑。2）閥體體積：活塞回退膨脹體積：224320.068 3.14 0.031.92168 10aVLrm閥口體積：225330.026 3.14 0.023.2656 10bVLrm連接軟管體積： - 28 -2223410 3.14 0.021.256 10cVLrm40124.8564 10iciabiVVVVVVVV由熱力學定律：PV/T=C（常數(shù)） ，則 0.5Vi=0.4V0,可得 Vi=10L?？紤]氣體泄漏應(yīng)乘以系數(shù) 1.2，則儲氣罐最小體積應(yīng)為 12L。若設(shè)計為增速筒外包氣

61、室結(jié)構(gòu)，則增速筒外徑設(shè)為：R2=45mm，外包氣室環(huán)腔內(nèi)孔徑R3=45mm，環(huán)腔大徑 R4=110mm，氣室長 L=500mm，則計算氣室容積為：V2=14.2L。計算壓降：0.50.0142=x（0.0142+0.0025431.2） ，可求得 x=0.41MPa。可滿足壓力要求。氣動開關(guān)閥由氣路（管子）中的控制空氣送到閥中的操作氣缸推動活塞移動帶動滑塊改變閥體閥位。3.1.73.1.7 管路壓力損失計算管路壓力損失計算系統(tǒng)正常工作時，氣體沿管道通過各種氣動元件和輔件到執(zhí)行元件的總壓力損失必須滿足下式：或pp tppp 其中：為總壓力損失，包括所有沿程損失和所有的局部損失；p1pp為允許壓力

62、損失，一般應(yīng)小于 0.1MPa。p一般情況下，若系統(tǒng)管道不是特別長，其沿程損失比局部損失小得多，則沿程損失可以不單獨計入，而只是在總壓力損失值的安全系數(shù)中稍予以加大考慮即可。pK局部損失包含流經(jīng)彎頭、斷面突然放大，收縮等的損失，往往又比氣流通過氣動元件、輔件的壓力損失小得多，因此對不做嚴格計算的系統(tǒng)，可用下式做簡化計算：，其中為流經(jīng)元、輔件的總壓力損失（可通過液壓氣2K ppp 2p動系統(tǒng)設(shè)計手冊表 17-43 查出） ，為壓力損失簡化修正系數(shù)，取值 1.051.3，長管道pK或截面變化復(fù)雜的情況取較大值。 - 29 -結(jié)合本設(shè)計系統(tǒng)，主要氣動元件為快排閥和二位三通電磁閥，其余參與系統(tǒng)工作的輔

63、件引起壓力降很小，查表得高壓氣體通過公稱通徑為 50mm 的快排閥的壓力損失小于0.008MPa，通過電磁閥的最大壓力損失小于 0.022MPa，因此，總壓力損失為。(0.0080.022)0.032pKMPa本系統(tǒng)使用氣壓最大 0.8MPa，壓力損失為 0.04%。3.23.2 緩沖裝置設(shè)計緩沖裝置設(shè)計3.2.13.2.1 彈簧設(shè)計彈簧設(shè)計(1) 彈簧常用材料常用的彈簧材料有：碳素彈簧鋼、合金彈簧鋼、不銹鋼和銅合金材料以及非金屬材料。選用材料時，應(yīng)根據(jù)彈簧的功用、載荷大小、載荷性質(zhì)及循環(huán)特性、工作強度、周圍介質(zhì)以及重要程度來進行選擇，彈簧常用材料的性能和許用應(yīng)力可查相關(guān)手冊確定。(2) 緩沖

64、裝置中的彈簧設(shè)計彈簧設(shè)計的任務(wù)是要確定彈簧絲直徑 d、工作圈數(shù) n 以及其它幾何尺寸，使得能滿足強度約束、剛度約束及穩(wěn)定性約束條件，進一步地還要求相應(yīng)的設(shè)計指標(如體積、重量、振動穩(wěn)定性等)達到最好。具體設(shè)計步驟為：先根據(jù)工作條件、要求等，試選彈簧材料、彈簧指數(shù) C。由于 b - 30 -與 d 有關(guān)，所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑 d，接下來計算 d、n 的值及相應(yīng)的其它幾何尺寸，如果所得結(jié)果與設(shè)計條件不符合，以上過程要重復(fù)進行。直到求得滿足所有約束條件的解即為本問題的一個可行方案。實際問題中，可行方案是不唯一的，往往需要從多個可行方案中求得較優(yōu)解。根據(jù)課題所給資料，先確定所需要彈力，再進

65、行彈簧設(shè)計。 確定所需彈力已知：橡膠彈為圓柱形，其直徑為 80mm，長度 L100mm，撞擊時間大約 0.02 秒。氣壓推動橡膠彈的有效作用面積為橡膠彈的大圓面積，即：2222005024. 024.50414. 3mcmrS橡膠彈的初始推力為：600.5 100.0050272514FP SN發(fā)射橡膠彈后座力緩沖彈簧計算：已知：橡膠彈初始推力為： F=2514N，則最大后座力即最大氣壓對橡膠彈時間沖擊力的反作用力：F2514N，后座行程為 0.5m。1) 選擇材料并確定許用應(yīng)力：綜合考慮彈簧的工作條件、受力大小等多個方面因素，按第 II 類彈簧考慮，選擇彈簧材料為 65Si2MnWA,其許用

66、應(yīng)力為=745MPa，經(jīng)噴丸處理的彈簧，其許用應(yīng)力可提高 20%，此時的彈簧許用應(yīng)力為 849MPa。2) 根據(jù)強度條件設(shè)計彈簧鋼絲的直徑 選取彈簧的旋繞比 C=7.7，則由機械設(shè)計中式（16-4）得：410.6154 7.7 10.6151.01444 7.747.7CKCC根據(jù)機械設(shè)計中式（16-12）得：2511 1.01 7.71.61.66.0 800FKCd根據(jù)機械設(shè)計中表（16-5） ，取 d=6mm。 - 31 -此時中徑 D=Cd=7.7646mm 內(nèi)徑 46640DDdmm 外徑246652DDdmm3) 根據(jù)剛度條件，計算彈簧的有效圈數(shù) n由根據(jù)機械設(shè)計中表 16-2 取 G=80000MPa，則彈簧的有效圈數(shù) n 為：633380000 106 100.526.188 2511 7.7GdnFC 取 n=26 圈總?cè)?shù) n1= n+(22.5)=26+2=28此時彈簧剛度463 433 380000 10(6 10 )11103488 (46 10 )26FGdkD n4) 計算彈簧的其他參數(shù)：節(jié)距(0.280.50.35 4616pD）自由高度01.516 2