振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)設(shè)計(jì)
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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題論證記錄學(xué) 院: 工學(xué)院 記錄人: 學(xué)生姓名學(xué) 號(hào)年級(jí)專業(yè)及班級(jí)2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)(一)班指導(dǎo)教師姓名指導(dǎo)教師職稱副教授論文(設(shè)計(jì))題目振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)設(shè)計(jì)論證小組質(zhì)疑:1、前人做過(guò)哪些相關(guān)或者相近的研究?2、機(jī)具主要結(jié)構(gòu)和工作原理是怎樣的?3、準(zhǔn)備采取哪些方法和步驟來(lái)完成你的畢業(yè)設(shè)計(jì)?學(xué)生回答簡(jiǎn)要記錄:論證小組成員簽名 論證地點(diǎn): 論證日期:20 年 月 日注:此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫(xiě)。湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))中 期 檢 查 表學(xué) 院: 工學(xué)院 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào)年級(jí)專業(yè)及班級(jí)2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)(一)班指導(dǎo)教師姓名 指導(dǎo)教師職稱副教授論文(設(shè)計(jì))題目振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))工作進(jìn)度已完成的主要內(nèi)容尚需解決的主要問(wèn)題1、總體設(shè)計(jì)2、零部件設(shè)計(jì)3、進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算1.完成至少3張圖紙2.完成約.萬(wàn)字的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3、技術(shù)參數(shù)的校核指導(dǎo)教師意見(jiàn) 簽 名: 年 月 日 檢查小組意見(jiàn) 組長(zhǎng)簽名: 年 月 日 注:1.此表可用黑色簽字筆填寫(xiě),也可打印,但意見(jiàn)欄必須相應(yīng)責(zé)任人親筆填寫(xiě)。2.此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)設(shè)計(jì)學(xué) 生:指導(dǎo)老師:(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,長(zhǎng)沙 410128)摘 要:振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)的基本工作原理是利用篩箱的振動(dòng),使紅薯在其中不斷地碰撞和摩擦,同時(shí)用高壓水沖洗,以達(dá)到去泥沙和清洗的效果。本文包括原動(dòng)部分,傳動(dòng)部分,執(zhí)行部分以及各零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省投資,工作高效,能很好地實(shí)現(xiàn)紅薯清洗的機(jī)械化。關(guān)鍵詞:傳動(dòng)系統(tǒng);連桿機(jī)構(gòu);振動(dòng);噴淋Design of vibrating sweet potato washing machineStudent:Hu YongshengTutor:Zhang Lan(College of engineering,Hunan Agricultural University,Changsha,410128)Abstract: In order to achieve to sediment and cleaning effect,basic working principle of vibrating sweet potato washing machine is the use of the vibration of the sieve box, making sweet potato in constant collision and friction, rinsing with high pressure water at the same time.In this paper, including the original part, transmission part, execute part and the design and calculation of components. The design of the main features are: simple structure, saving investment, working efficient, it can well realize sweet potato mechanization cleaning.Key word: The transmission system; Linkage; Vibration;Spray1 前言紅薯含有豐富的淀粉、膳食纖維、胡蘿卜素、維生素A、維生素B、維生素C、維生素E以及鉀、鐵、銅、硒、鈣等10余種微量元素和亞油酸等,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高,被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家們稱為營(yíng)養(yǎng)最均衡的保健食品。但紅薯不可避免地與泥土相粘連。這些泥土、雜質(zhì)的存在,將會(huì)對(duì)產(chǎn)品的加工質(zhì)量帶來(lái)極為不利的影響,所以必須將這些泥沙、雜質(zhì)洗滌除去。在設(shè)計(jì)清洗工藝及清洗設(shè)備時(shí),主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮:1. 可靠性 要求選用的清洗工藝及設(shè)備有穩(wěn)定的清洗質(zhì)量,能達(dá)到所要求的洗凈程度;2. 對(duì)待清洗對(duì)象的影響 要求在清洗過(guò)程中對(duì)待清洗對(duì)象造成的損傷盡可能小,并且不能對(duì)待清洗對(duì)象產(chǎn)生新的二次污染;3. 利于自然環(huán)境的保護(hù) 要求清洗工藝及設(shè)備能夠防止或盡可能減少清洗廢液、噪聲、廢氣等對(duì)自然環(huán)境造成的破壞;4. 效率 要求清洗工藝及設(shè)備具有效率高、節(jié)約勞動(dòng)力的特點(diǎn)。2 方案比較查閱相關(guān)資料,根據(jù)振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)的工況要求,有以下三種方案:方案一:直接運(yùn)用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和帶傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)滑架的往復(fù)運(yùn)動(dòng),通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)程序控制往返運(yùn)動(dòng),用單片機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電路來(lái)設(shè)置相關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)。方案二:運(yùn)用步進(jìn)電機(jī)和齒輪齒條來(lái)實(shí)現(xiàn)滑架的往返運(yùn)動(dòng),通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn),齒條固定在滑架上,利用齒輪齒條間的傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)往返運(yùn)動(dòng)。方案三:運(yùn)用普通電動(dòng)機(jī),帶傳動(dòng),連桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)電動(dòng)機(jī)可以獲得運(yùn)動(dòng)需要的動(dòng)力,帶傳動(dòng)提供相應(yīng)的速度,連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)。經(jīng)過(guò)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)方案三是合理的,也是最有實(shí)際意義的,同時(shí),經(jīng)濟(jì)性也能很好的實(shí)現(xiàn),方案一中步進(jìn)電機(jī)的功率和工況要求中的中度沖擊問(wèn)題對(duì)步進(jìn)電機(jī)的影響不能很好的解決,雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用,但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī),交流電機(jī)在常規(guī)下使用。而必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事,它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。方案二也存在類似的問(wèn)題,而方案三都能很好的實(shí)現(xiàn),而且普通電動(dòng)機(jī)容易選擇,帶傳動(dòng)和連桿機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)可靠,穩(wěn)定性高,可以允許有一定的沖擊,故此方案較合理。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中,帶傳動(dòng)部分和連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析應(yīng)是本課題的重點(diǎn),運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械原理的相關(guān)內(nèi)容來(lái)設(shè)計(jì)。方案示意圖如下:圖1 方案示意圖Fig1 Solution diagram3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)3.1 連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu),機(jī)械手的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),折疊傘的收放機(jī)構(gòu)以及人體假肢的設(shè)計(jì)等,都是連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn):1)連桿機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)副一般均為低副,低副兩元素為面接觸,故在傳遞同樣載荷的條件下,兩元素間的壓強(qiáng)較小,可以承受較大的載荷。低副兩元素間便于潤(rùn)滑,所以兩元素不易產(chǎn)生大的磨損。這些條件都能較好的滿足重型機(jī)械的要求。此外,低副兩元素的幾何形狀也比較簡(jiǎn)單,便于制造。2)在連桿機(jī)構(gòu)中,當(dāng)原動(dòng)件以同樣的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)時(shí),如果改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度關(guān)系,便可以使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。3)在連桿機(jī)構(gòu)中,連桿上各不同點(diǎn)的軌跡是各種不同形狀的曲線,稱為連桿曲線,而且隨著各構(gòu)件相對(duì)長(zhǎng)短關(guān)系的改變,這些連桿曲線的形狀也將發(fā)生改變,從而可以得到各種不同形狀的曲線,我們可以利用這些曲線來(lái)滿足不同的軌跡要求。由于連桿機(jī)構(gòu)有了上述優(yōu)點(diǎn),所以在各種機(jī)械和儀表中得到了廣泛的應(yīng)用。4)此外,利用連桿機(jī)構(gòu)可以滿足各種運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)要求,但要設(shè)計(jì)一種能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)這種要求的連桿機(jī)構(gòu)卻是十分困難的。而且在多數(shù)情況下一般只能近似地得以滿足。正因?yàn)槿绱耍匀绾胃鶕?jù)最優(yōu)化要求來(lái)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu),使其能夠最佳地滿足設(shè)計(jì)要求,一直是連桿機(jī)構(gòu)研究的一個(gè)重要課題。近年來(lái)對(duì)平面連桿機(jī)構(gòu)的研究,不論從研究范圍上還是方法上都有很大的進(jìn)展。從研究范圍來(lái)說(shuō),已不再局限于單自由度四連桿機(jī)構(gòu)的研究,也已注意到對(duì)多桿,多自由度平面連桿機(jī)構(gòu)的研究,并且已提出了一些有關(guān)這類機(jī)構(gòu)的分析與綜合的方法。3.2 連桿機(jī)構(gòu)的選擇另一方面,在設(shè)計(jì)要求上也不再局限于運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的范圍內(nèi),而且已注意到考慮機(jī)構(gòu)的動(dòng)力特性。根據(jù)構(gòu)成連桿機(jī)構(gòu)的各構(gòu)件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為平面運(yùn)動(dòng)還是空間運(yùn)動(dòng),連桿機(jī)構(gòu)可分為平面連桿機(jī)構(gòu)和空間連桿機(jī)構(gòu)兩大類,在一般機(jī)械中采用的多數(shù)是平面連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)分析,參考方案中給出的工作機(jī)構(gòu)是鉸鏈四連桿機(jī)構(gòu)。圖2 鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)Fig2 Enchain four rod organization構(gòu)件之間都是用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的四桿機(jī)構(gòu),成為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)。如圖所示:其中,固定不動(dòng)的桿4稱為機(jī)架,與機(jī)架相連的桿1和桿3稱為連架桿,而連接兩連架桿的桿2稱為連桿。連桿2通常做平面運(yùn)動(dòng),而連架桿1和3則繞各自回轉(zhuǎn)中心A和D轉(zhuǎn)動(dòng)。其中能做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連架桿稱為曲柄,僅能在小于360的某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的連架桿稱為搖桿。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,按照連架桿是曲柄還是搖桿,將其分為三種基本形式:曲柄搖桿機(jī)構(gòu);雙曲柄機(jī)構(gòu)和雙搖桿機(jī)構(gòu)。1)曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,若兩連架桿中,有一桿為曲柄,另一桿為搖桿。2)雙曲柄機(jī)構(gòu) 具有兩個(gè)曲柄的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)。雙曲柄機(jī)構(gòu)中,通常主動(dòng)曲柄做等速運(yùn)動(dòng),從動(dòng)曲柄做變速轉(zhuǎn)動(dòng)。3)雙搖桿機(jī)構(gòu) 若兩連桿均為搖桿,則成為雙搖桿機(jī)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,機(jī)器工作時(shí),振動(dòng)箱支承擺桿CD繞垂面左右做對(duì)稱擺動(dòng)。我們可以判斷連架桿CD為搖桿,連架桿AB可做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),因此它是曲柄。綜上所述,選擇方案(1)中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3.3 平面四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件1.)最短桿與最長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度和應(yīng)小于或等于其他兩桿的長(zhǎng)度和,此條件通常為桿長(zhǎng)條件。2.)組成該周轉(zhuǎn)副的兩桿中必有一桿為四桿中的最短桿。上述條件表明:當(dāng)四桿機(jī)構(gòu)各桿的長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)條件時(shí),其最短桿參與構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)副都是周轉(zhuǎn)副。由此可知,上述四桿機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副亦為周轉(zhuǎn)副,而轉(zhuǎn)動(dòng)副則只能的擺轉(zhuǎn)副。于是,四桿機(jī)構(gòu)有曲柄的條件是各桿的長(zhǎng)度需要滿足桿長(zhǎng)條件,且其最短桿為連架桿或機(jī)架。當(dāng)最短桿為連架桿時(shí),該四桿機(jī)構(gòu)將成為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。3.4 無(wú)急回特性桿長(zhǎng)的設(shè)計(jì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械中應(yīng)用很廣泛,急回特性是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的重要特性之一。為縮短空行程時(shí)間,提高生產(chǎn)效率,通常要利用曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性。事物也是一分為二的,急回特性雖然對(duì)搖桿去程為工作行程,回程為空行程的機(jī)械有利,但對(duì)搖桿去程和回程均為工作行程的機(jī)械卻有害。近年來(lái)出現(xiàn)了越來(lái)越多的搖桿去程和回程均是工作行程的機(jī)械,如風(fēng)扇的搖頭機(jī)構(gòu),有株距要求的播種機(jī),空調(diào)擺風(fēng)機(jī)構(gòu),故對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提出了新要求。目前許多文獻(xiàn)介紹的用于設(shè)計(jì)具有給定急回特性的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的圖解法似乎也能用于無(wú)急回特性的曲柄搖桿設(shè)計(jì),實(shí)際上不僅無(wú)急回特性時(shí)圖解法所用圓半徑趨于無(wú)限大而使圖解法失效,而且當(dāng)系數(shù)K較小時(shí)圖解法所用半徑變很大而使圖解法不好用。查閱相關(guān)文獻(xiàn)20曲柄搖桿機(jī)構(gòu)無(wú)急回特性的充分必要條件是曲柄與機(jī)架的長(zhǎng)度平方和等于連桿與搖桿長(zhǎng)度平方和。而且無(wú)急回特性的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具備以下性質(zhì):第一,特殊位置上四桿兩兩正交,即無(wú)急回特性的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí),存在一個(gè)特殊位置:當(dāng)搖桿與連桿垂直時(shí)曲柄與機(jī)架亦必定垂直。第二,機(jī)架是最長(zhǎng)桿,若一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的機(jī)架不是最長(zhǎng)桿,則該機(jī)構(gòu)一定有急回特性;若機(jī)架是最長(zhǎng)桿,則該機(jī)構(gòu)才有可能無(wú)急回特性。第三,搖桿擺角僅與曲柄和搖桿長(zhǎng)度比有關(guān),根據(jù)振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)的工作原理,即不需要曲柄搖桿機(jī)構(gòu)具有急回特性。按照上述理論以及參考相關(guān)資料16已知搖桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)次數(shù)約為4次/s,初定曲柄,連桿以及搖桿的長(zhǎng)度分別為a=134mm,b=800mm,c=b=800mm,則可根據(jù)上述無(wú)急回特性的條件,計(jì)算得出機(jī)架桿長(zhǎng)即d=1123mm3.5 校核最小傳動(dòng)角在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,傳動(dòng)角的大小是變化的,為了保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能要求,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使40傳遞力矩較大時(shí),則應(yīng)使;對(duì)于一些受力很小或不常使用的操縱機(jī)構(gòu),則可允許傳動(dòng)角小些,只要不發(fā)生自鎖即可。最小傳動(dòng)角與機(jī)構(gòu)中的各桿的長(zhǎng)度有關(guān),按參考文獻(xiàn)2 (1)40故滿足最小傳動(dòng)角的要求。所以:L=a=134mm,L=b=800mm,L=c=b=800mm,L=d=1123mm.以上L為桿件AB的長(zhǎng)度,L為桿件BC的長(zhǎng)度,L為桿件CD的長(zhǎng)度,L為桿件AD的長(zhǎng)度。3.6 桿件的設(shè)計(jì)3.6.1 桿件材料的選擇桿件是四連桿機(jī)構(gòu),綜合性能要求比較高,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇45鋼,有關(guān)的質(zhì)量系數(shù)見(jiàn)下表表1 桿件材料的質(zhì)量系數(shù)Table1 The quality of the bar material coefficient材料 MPa MPa % E 45 600 350 167.8 2063.6.2 桿件截面直徑的確定設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)往復(fù)次數(shù)為3.4/s,即曲柄的轉(zhuǎn)速為204r/min。取特殊位置的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析,如下圖所示桿AB繞A轉(zhuǎn)動(dòng),桿CD繞D擺動(dòng),桿BC作平面運(yùn)動(dòng),選取適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度比例尺和速度比例尺作出相應(yīng)的桿件的速度平行四邊形如圖,有方向如圖,按參考文獻(xiàn)15對(duì)于平面運(yùn)動(dòng)的桿BC,可以點(diǎn)B為基點(diǎn): (2)由此瞬時(shí)的幾何關(guān)系,可得桿CD的角速度:為點(diǎn)C相對(duì)于B的速度: (3)圖3 速度平行四邊形Fig3 parallelogram of velocities由參考資料15桿件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J=ml (4)轉(zhuǎn)矩 (5)再由參考資料19 (6)其中圓桿:W=d3/32 (7)由:以及上述公式可得: (8)其中安全系數(shù)取1.1;由上式可求得各桿件的最小直徑如下:AB桿:28mm;BC桿和CD桿均為:27mm,圓整后各桿直徑均取30mm。3.6.3 穩(wěn)定性校核當(dāng)作用在細(xì)長(zhǎng)桿的軸向力到達(dá)或超過(guò)一定限度時(shí),桿件可能突然彎曲,即產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)紅薯清洗機(jī)實(shí)際工作情況,當(dāng)機(jī)器工作時(shí),CD桿受壓最大,所以對(duì)于搖桿CD,還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性校核。臨界載荷的計(jì)算該連桿為兩端鉸支細(xì)長(zhǎng)壓桿,由參考文獻(xiàn)19可知其臨界載荷為 (9)代入數(shù)據(jù)可計(jì)算得臨界載荷與實(shí)際最大壓力之比,為壓桿的穩(wěn)定安全因數(shù),根據(jù)振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)的實(shí)際工作需求,每次清洗紅薯質(zhì)量最大為40kg,即壓桿所受的最大壓力約為F=400N。由 (10)工況為一般中度沖擊條件,所以所以搖桿CD滿足穩(wěn)定要求。4 原動(dòng)部分參考機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-1(常用原動(dòng)機(jī)特點(diǎn)),分析比較各類原動(dòng)機(jī)的特點(diǎn),發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)功率較大,驅(qū)動(dòng)效率高,調(diào)速性能好,對(duì)環(huán)境影響小,并且與被驅(qū)動(dòng)的工作機(jī)械連接簡(jiǎn)便,其種類和型號(hào)較多,可滿足不同類型機(jī)械的工作要求,因此選用電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)部分:Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)是按照國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的,具有國(guó)際互換性的特點(diǎn)。其中,Y系列(IP44)電動(dòng)機(jī)為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī),具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的特點(diǎn),B級(jí)絕緣,工作環(huán)境溫度不超過(guò)+40,相對(duì)濕度不超過(guò)95,海拔高度不超過(guò)1000m,額定電壓380V,頻率50Hz。適用于無(wú)特殊要求的機(jī)械上,如機(jī)床、泵、風(fēng)機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械等。而且Y系列電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、性能好、振動(dòng)小、噪音低、壽命長(zhǎng)、可靠性高、維護(hù)方便、啟動(dòng)轉(zhuǎn)巨大等優(yōu)點(diǎn)。查閱相關(guān)資料,可知曲柄搖桿機(jī)構(gòu)桿件做功為 (11)所以功率計(jì)算為 (12)各桿件的功率分別為所以曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的總功率為1.13kW,查參考資料18帶傳動(dòng)的效率概值為0.920.97,取,計(jì)算得電動(dòng)機(jī)所需最小功率為1.2kW。再已知曲柄轉(zhuǎn)速為3.4r/s,即204r/min,查參考資料18帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般為,推薦值為,則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為4081020r/min。查參考資料17,選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M-6,具體參數(shù)如下表表2 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)Table 2 the side of the electrical machinery電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率/kW滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)Y112M-62.29405 傳動(dòng)部分 5.1 傳動(dòng)方案對(duì)比一臺(tái)完整的機(jī)器,總是由原動(dòng)部分,傳動(dòng)部分,和執(zhí)行部分所組成,而傳動(dòng)部分的功能是將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力或運(yùn)動(dòng)形式傳遞給執(zhí)行部分或轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)預(yù)期的動(dòng)作。實(shí)踐證明,傳動(dòng)部分的質(zhì)量和成本在整個(gè)機(jī)器中所占的比例很大,傳動(dòng)方案的選擇及布局是否合理在很大程度上決定了機(jī)器的工作性能和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。因此,合理擬定與選擇傳動(dòng)方案具有十分重要的意義。合理的傳動(dòng)方案,除應(yīng)滿足工作機(jī)的性能要求,使用條件和工作可靠外,還應(yīng)使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、加工方便、成本低廉、傳動(dòng)效率高及使用維護(hù)便利等。要同時(shí)滿足這許多要求,常常是困難的,實(shí)際上只能照顧重點(diǎn)要求。綜合考慮紅薯清洗機(jī)的傳動(dòng)比和效益問(wèn)題,優(yōu)先選擇帶傳動(dòng):帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng)力,且其造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑、維護(hù)容易等特點(diǎn),在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。主要類型與應(yīng)用a.平型帶傳動(dòng)最簡(jiǎn)單,適合于中心距a較大的情況b. V 帶傳動(dòng)三角帶c.多楔帶傳動(dòng)適于傳遞功率較大要求結(jié)構(gòu)緊湊場(chǎng)合d.同步帶傳動(dòng)嚙合傳動(dòng),高速、高精度,適于高精度儀器裝置中帶比較薄,比較輕圖4帶的類型Fig 4 The type of belt而其中的V帶傳動(dòng)是靠V帶的兩側(cè)面與輪槽側(cè)面壓緊產(chǎn)生摩擦力進(jìn)行動(dòng)力傳遞的。與平帶傳動(dòng)比較,V帶傳動(dòng)的摩擦力大,因此可以傳遞較大功率。V帶較平帶結(jié)構(gòu)緊湊,而且V帶是無(wú)接頭的傳動(dòng)帶,所以傳動(dòng)較平穩(wěn),是帶傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)。故選用V帶。5.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1 確定計(jì)算功率查參考文獻(xiàn)18P156表8-7得工作情況系數(shù):=1.4=P=1.42.2=3.08kW (13)5.2.2 選擇V帶的帶型根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速,由P157圖8-11選擇V帶的帶型為:A型5.2.3 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑查參考文獻(xiàn)18P155表8-6得:=75根據(jù)查參考文獻(xiàn)18P157表8-8?。?112驗(yàn)算帶速v:根據(jù)P150公式8-13得: (14)因?yàn)?m/sv5.2.9 計(jì)算壓軸力壓軸力的最小值根據(jù)參考文獻(xiàn)18P159式8-28得:=2z=8609N (21)5.3 V帶輪的設(shè)計(jì)5.3.1 確定小帶輪的材料本設(shè)計(jì)中,小帶輪轉(zhuǎn)速要求不高,材料可采用HT200。5.3.2 確定小帶輪結(jié)構(gòu)形式由電動(dòng)機(jī)型號(hào),查參考文獻(xiàn)18P168表12-3可知,電動(dòng)機(jī)外伸軸直徑d=28mm,長(zhǎng)度為60mm。小帶輪直徑106mm采用腹板式,大帶輪直徑500mm則采用輪輻式。輪轂和輪輻的尺寸參見(jiàn)參考文獻(xiàn)18中P160圖8-14中的經(jīng)驗(yàn)公式,小帶輪的具體尺寸參見(jiàn)零件圖。5.4 V帶傳動(dòng)的張緊V帶傳動(dòng)一段時(shí)間后,會(huì)因?yàn)閹У乃苄宰冃魏湍p而松弛。為了保證傳動(dòng)正常工作,應(yīng)定期檢查帶的松弛程度,本方案中采用定期張緊裝置滑道式;詳見(jiàn)裝配圖。圖5 三角帶輪的結(jié)構(gòu)Fig5 The structure of the triangle belt wheel6 零部件的結(jié)構(gòu)和尺寸的確定6.1 大帶輪軸的設(shè)計(jì)6.1.1 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算當(dāng)軸的支承距離未定時(shí),無(wú)法由強(qiáng)度確定軸徑,要用初步估算的辦法,即按純扭矩并降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力確定軸徑d,參考文獻(xiàn)18計(jì)算公式:dA (22)式中: P-表示軸所傳遞的功率,KW; n-表示軸的轉(zhuǎn)速,;A-表示由軸的許用切應(yīng)力所確定的系數(shù)。軸常用材料及A的關(guān)系見(jiàn)下表表3 軸常用材料表Table3 Axis table commonly used materials材料Q235354540Cr、35NiSnA16013513511811810710798求出大帶輪軸上的功率P,轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T查參考文獻(xiàn)18P141表2,取,則 (23) (24) (25)根據(jù)上述公式,確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)表3,取A=110,于是得:考慮到鍵槽的影響,軸的最小直徑為24(1+0.15)=27.6mm,圓整后取30mm6.1.2 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提,它決定著軸的基本形式。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),既要滿足強(qiáng)度的要求,又要保證軸上零件的定位,固定和裝配方便,并有良好的加工工藝性,所以軸的結(jié)構(gòu)一般都做成階梯形。階梯軸的徑向尺寸的變化是根據(jù)軸上零件的受力情況,安裝,固定及對(duì)表面粗糙度,加工精度等要求而定的。階梯軸軸向尺寸則根據(jù)軸上零件的位置,配合長(zhǎng)度及支撐結(jié)構(gòu)確定,根據(jù)振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)的實(shí)際工作情況,擬定大帶輪軸的裝配方案如下圖圖6 軸上零件裝配方案Fig6 Shaft assembly6.1.3 根據(jù)軸向定位確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度(1)為了滿足曲柄桿件的軸向定位要求,如上圖所示右端采用軸端擋圈定位,保證軸端擋圈直接壓在軸的斷面上,按軸端直徑取擋圈直徑D=40mm。(2)初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承幾乎無(wú)軸向力,只需要考慮所受徑向力,參照軸的直徑和參考文獻(xiàn)17由軸承產(chǎn)品目錄中選取6006 GB/T 276-1994,其尺寸為(3)滾動(dòng)軸承與曲柄桿件之間,以及滾動(dòng)軸承與帶輪之間采用套筒定位,套筒厚度取4mm,長(zhǎng)度取10mm;那么5段的軸的長(zhǎng)度為78mm。(4)取安裝帶輪的軸段4的直徑為36mm,帶輪左端采用軸肩定位,定位軸肩的高度h一般取為h=(0.070.1)d,所以左端軸肩直徑為42mm;帶輪右端采用套筒定位,套筒厚度選為4mm,長(zhǎng)度為10mm,為了使套筒斷面可靠地壓緊帶輪,此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度。在此,根據(jù)參考文獻(xiàn)18可算得大帶輪的基本尺寸,如下: (26) (27)所以軸端4長(zhǎng)度取為46mm。(5)軸的左端依次安裝軸承端蓋,滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承右端采用軸肩定位,同理軸肩高度取為3mm,軸段1的長(zhǎng)度為15mm??紤]到加工情況,軸段2,3 的長(zhǎng)度均取為5mm。至此,已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。(6)軸端倒角為1.6*45,各軸肩的圓角半徑見(jiàn)零件圖。6.2 軸的校核軸在載荷作用下,將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過(guò)允許的限度,就會(huì)影響軸上零件的正常工作,甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。例如,安裝齒輪的軸,若彎曲剛度(或扭轉(zhuǎn)剛度)不足而導(dǎo)致?lián)隙然蛘吲まD(zhuǎn)角過(guò)大時(shí),將會(huì)影響齒輪的正確嚙合,使齒輪沿著齒寬和齒高方向接觸不良,造成載荷在齒面上嚴(yán)重分布不均。同理。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)進(jìn)行剛度的校核計(jì)算。軸的彎曲剛度以撓度或偏轉(zhuǎn)角來(lái)度量;扭轉(zhuǎn)剛度以扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量。軸的剛度校核計(jì)算通常是計(jì)算出軸在受載時(shí)的變形量,并控制其不大于允許值。軸的彎曲剛度校核計(jì)算:常見(jiàn)的軸大多數(shù)可視為簡(jiǎn)支梁。若是光軸,可直接用材料力學(xué)中的公式計(jì)算其撓度或偏轉(zhuǎn)角;若是階梯軸,如果對(duì)計(jì)算精度要求不高,則可用當(dāng)量直徑法作近似計(jì)算。即把階梯軸看成是當(dāng)量直徑為的光軸,然后再按材料力學(xué)中的公式計(jì)算。當(dāng)量直徑(單位為mm)為 (28)式中:階梯軸第i段的長(zhǎng)度 階梯軸第i段的直徑 L階梯軸的計(jì)算長(zhǎng)度 Z階梯軸計(jì)算長(zhǎng)度內(nèi)的軸段數(shù)。當(dāng)載荷作用于兩軸承之間時(shí),L=l(l)為支撐跨距;軸的彎曲剛度條件為撓度:yy偏轉(zhuǎn)角:ab,在處)代入數(shù)據(jù)得,經(jīng)校核,軸的設(shè)計(jì)符合要求。6.3 軸承的校核由于承受徑向力作用,且右邊軸承受力大于左邊軸承,所以僅校核右邊軸承,故預(yù)期計(jì)算軸承壽命(按工作10年,年工作200天,4小時(shí)工作制),則有軸承所需的基本額定動(dòng)載荷: (31)查參考文獻(xiàn)176006型軸承的額定動(dòng)載荷Cr=13.2KN,因此CCr,故安全。6.4 鍵的選擇和校核設(shè)計(jì)鍵聯(lián)接時(shí),通常被聯(lián)接的材料,構(gòu)造和尺寸已初步?jīng)Q定,聯(lián)接的載荷也已求得。因此可以根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),使用要求和工作條件來(lái)選擇鍵的類型,再根據(jù)軸的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的截面尺寸,并參考轂長(zhǎng)選出鍵的長(zhǎng)度,然后用校合公式進(jìn)行校合。選擇一般的普通平鍵(GB1096-2003),根據(jù)擠壓強(qiáng)度或耐磨性條件計(jì)算,求得聯(lián)結(jié)所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為見(jiàn)式T= (32)式中: h-表示鍵的高度; -表示鍵的接觸長(zhǎng)度;-表示軸的直徑;許用擠壓應(yīng)力見(jiàn)下表5(單位MPa)表5 材料的許用擠壓應(yīng)力Table5 The material allowable compressive stress聯(lián)結(jié)的方式材料靜載荷輕微沖擊載荷沖擊載荷靜聯(lián)結(jié)鍛鋼,鑄鋼125-150100-12060-90各鍵的校核見(jiàn)下表6表6 鍵的校核Table6 Key of the check鍵名h 鍵的高度鍵的接觸長(zhǎng)度軸的直徑許用擠壓應(yīng)力T=小帶輪軸17 28 28 100 137.2NM大帶輪軸28 20 36 100 144.0NM連 桿 軸3 7 20 30 100 105.0NM經(jīng)校核,各鍵符合要求。6.5 滑動(dòng)軸承根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同,可以把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承兩大類。滾動(dòng)軸承由于摩擦系數(shù)小,起動(dòng)阻力小,而且它已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,選用、潤(rùn)滑、維護(hù)都很方便,因此在一些機(jī)械中應(yīng)用較廣。但由于滑動(dòng)軸承本身具有的一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),是的它在某些不能、不便或使用滾動(dòng)軸承沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合,如在高速轉(zhuǎn)動(dòng)、特大沖擊與振動(dòng)、徑向尺寸受到限制或必須剖分安裝、以及需在水或腐蝕性介質(zhì)場(chǎng)合等,仍占有重要地位。本設(shè)計(jì)為振動(dòng)式紅薯清洗機(jī),而且屬于有水潮濕場(chǎng)合和振動(dòng)場(chǎng)合,因此對(duì)于曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中搖桿的底座選用滑動(dòng)摩擦軸承。根據(jù)實(shí)際情況,查參考文獻(xiàn)18選用整體式徑向滑動(dòng)軸承,這種軸承的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低廉。具體尺寸和結(jié)構(gòu)參見(jiàn)零件圖。6.6 軸端擋圈為保證軸上零件的軸向定位,查參考文獻(xiàn)18,選擇軸端擋圈,軸端擋圈適用于固定軸端零件,可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定,為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫,可加圓柱銷鎖定軸端擋圈,也可以采用雙螺釘加止動(dòng)墊片防松等固定方法。綜合比較,本設(shè)計(jì)采用雙螺釘加止動(dòng)墊片的方案,參見(jiàn)裝配圖。6.7 支架穩(wěn)定性校核滾動(dòng)軸承座支架采用熱軋等邊角鋼與底座焊接,角鋼號(hào)數(shù)3.0,邊寬b=30mm,長(zhǎng)度為l=712mm。當(dāng)作用在細(xì)長(zhǎng)桿的軸向力到達(dá)或超過(guò)一定限度時(shí),桿件可能突然彎曲,即產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。根據(jù)紅薯清洗機(jī)實(shí)際工作情況,當(dāng)機(jī)器工作時(shí),會(huì)產(chǎn)生輕微振動(dòng),應(yīng)對(duì)支架桿進(jìn)行穩(wěn)定性校核。臨界載荷的計(jì)算該支架可以簡(jiǎn)化成兩端固定端的壓桿,由參考文獻(xiàn)19可知其臨界載荷為 (9)代入數(shù)據(jù)可計(jì)算得臨界載荷與實(shí)際最大壓力之比,為壓桿的穩(wěn)定安全因數(shù),已知最大壓軸力為8609N由 (10)工況為一般中度沖擊條件,所以所以搖桿CD滿足穩(wěn)定要求。7 振動(dòng)清洗箱考慮實(shí)際生產(chǎn)效率,查參考文獻(xiàn)17,清洗振動(dòng)箱的四周采用5mm厚的冷軋鋼板焊接而成,其內(nèi)壁可固定毛刷,便于更干凈地清洗紅薯,底部則采用直徑5.5mm的熱軋圓鋼,與四壁呈柵欄式焊接,間距為3cm,振動(dòng)箱的尺寸為:清洗振動(dòng)箱的具體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)零件圖。8 箱體機(jī)架的確定機(jī)座和箱體等零件,在一臺(tái)機(jī)器中很大程度上影響著機(jī)器中各部分的裝配精度,工作精度和抗振性能。所以正確選擇機(jī)座等零件的材料和正確設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)形式及尺寸,是減小機(jī)器質(zhì)量、節(jié)約金屬材料、提高工作精度、增強(qiáng)機(jī)器剛度及耐磨性等的重要途徑。考慮到紅薯清洗機(jī)的實(shí)際工作情況,查參考文獻(xiàn)17,選用灰鑄鐵作為箱體的材料。灰鑄鐵牌號(hào)為HT200(GB/T 9439-1988)。為了加固箱體,可用地腳螺栓固定箱體四角;箱體的具體結(jié)構(gòu)和尺寸見(jiàn)零件圖。9 清洗噴頭紅薯在清洗振動(dòng)箱中振動(dòng)的同時(shí),采用高壓水泵通過(guò)噴頭供水沖洗,根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)噴頭為圓弧面,上面均勻分布直徑為5mm的孔,具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)裝配圖。10 出水槽為了節(jié)約材料,以及不需要考慮污水的再循環(huán)利用,所以采用塑料槽置于振動(dòng)箱的下方直接將泥沙污水排出。11 潤(rùn)滑由于轉(zhuǎn)速不是很高,且也不好設(shè)計(jì)油溝,所以采用脂潤(rùn)滑,查參考文獻(xiàn)17,選用鈣基潤(rùn)滑脂代號(hào)1號(hào),因其有較好的抗水性,適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等機(jī)械設(shè)備軸承的潤(rùn)滑,特別是有水或潮濕的場(chǎng)合。12 結(jié)論民以食為天,隨著人們生活水平的提高,大家對(duì)食品的要求也越來(lái)越高,食品機(jī)械就是為了提高食品質(zhì)量安全程度而生的,所以現(xiàn)在越來(lái)越多的人們開(kāi)始關(guān)注食品生產(chǎn)加工機(jī)械這一產(chǎn)業(yè),面對(duì)其廣闊的市場(chǎng),我們有必要進(jìn)行研究和發(fā)現(xiàn)。振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)就是在這個(gè)背景下產(chǎn)生的,作為一個(gè)大學(xué)生用時(shí)刻關(guān)注社會(huì)民生,努力學(xué)習(xí)開(kāi)拓創(chuàng)新,將自己的所學(xué)應(yīng)用到生活中。在振動(dòng)式紅薯清洗機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,我學(xué)到,一種生產(chǎn)方法工藝,可以根據(jù)原理通過(guò)改進(jìn)之后應(yīng)用到生產(chǎn)加工中。設(shè)計(jì)的時(shí)候,給我最深刻的感覺(jué)就是,一切機(jī)械都是由哪些基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu),如通過(guò)多種組合方式,從而形成各種各樣的機(jī)構(gòu)和機(jī)械,這些都是我在大二學(xué)的知識(shí),我認(rèn)識(shí)到基礎(chǔ)的重要性,以后我要繼續(xù)學(xué)習(xí)并溫習(xí)以前的知識(shí),不斷提高自己。“紙上得來(lái)終覺(jué)淺,絕知此事要躬行”,這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)是一次洗禮,四年的時(shí)間也不算短,一路走來(lái)覺(jué)得自己學(xué)到的東西很多,可以用起來(lái)才發(fā)現(xiàn)自己還有很多東西要學(xué)習(xí),機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、加工工藝、技術(shù)要求、精度要求,各種零件,傳動(dòng)方式等等,這些東西要想靈活運(yùn)用,就必須進(jìn)行實(shí)踐,因此這次設(shè)計(jì)就是一次大練兵,是我在溫習(xí)過(guò)去的知識(shí)的同時(shí),發(fā)現(xiàn)了自己過(guò)去以往的知識(shí),也加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)與以往的每學(xué)期做的課程設(shè)計(jì)有很大不同,以往的課程設(shè)計(jì)所要完成的任務(wù)較少,用到的知識(shí)也是局限于當(dāng)學(xué)期剛剛學(xué)習(xí)的課程,屬于趁熱打鐵,而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是將過(guò)去幾年來(lái)學(xué)的東西進(jìn)行綜合應(yīng)用。以前的設(shè)計(jì)都是大家一起做一種東西,即使有所不同,也只是某些設(shè)計(jì)參數(shù)的不同,原理上都是一樣的本次設(shè)計(jì)則完全不同,每個(gè)人設(shè)計(jì)的都不一樣,甚至有些機(jī)械設(shè)備比較復(fù)雜的都需要幾個(gè)人共同完成,這就需要很好協(xié)作、討論,不然的話,就有可能每個(gè)人設(shè)計(jì)出來(lái)的東西裝配不到一塊去。這在以前從來(lái)沒(méi)有過(guò),此次畢業(yè)設(shè)計(jì)用到了多方面的知識(shí),并且根據(jù)課題的要求首先要確定整體方案,然后是如何具體實(shí)現(xiàn),用什么方法實(shí)現(xiàn),這就要求我們有設(shè)計(jì)一個(gè)課題的整體思路和解決問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力,是對(duì)我們綜合實(shí)力的考察。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),我發(fā)現(xiàn)我自身的很多問(wèn)題。首先就是基礎(chǔ)知識(shí)的掌握情況,在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中,我發(fā)現(xiàn)我對(duì)過(guò)去的知識(shí)有些都淡忘了,但通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就像重新學(xué)習(xí)了一次大學(xué)課程,使我鞏固了以往的知識(shí),又發(fā)現(xiàn)很多心知識(shí)。相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我今后的工作會(huì)有一定的幫助。所以,我很用心的把它完成了。在設(shè)計(jì)中體味艱辛,在艱辛中體味快樂(lè)。參考文獻(xiàn)1 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在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中,張嵐老師作為我的指導(dǎo)老師,他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),學(xué)識(shí)淵博,視野廣闊,為我營(yíng)造了一種良好的學(xué)術(shù)氛圍。置身其間,耳濡目染,潛移默化,使我不僅接受了全新的思想觀念,領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式,而且還明白了許多待人接物與為人處世的道理。正是由于他在百忙之中多次指導(dǎo),對(duì)細(xì)節(jié)進(jìn)行修改,并為本次設(shè)計(jì)提供了許多中肯而且寶貴的意見(jiàn),本此設(shè)計(jì)才得以完成。在此特向張嵐老師致以衷心的謝意!向他無(wú)可挑剔的敬業(yè)精神、嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度、深厚的專業(yè)修養(yǎng)表示深深的敬意!同時(shí)本次設(shè)計(jì)的順利完成,也離不開(kāi)各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心和幫助!23附錄1 專題:水射流清洗技術(shù)的研究現(xiàn)狀摘要 近年來(lái)水射流清洗技術(shù)已在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,并且取得了顯著的成效。本文主要介紹了水射流清洗技術(shù)的工作原理、特點(diǎn)及其應(yīng)用現(xiàn)狀,并展望其發(fā)展前景和趨勢(shì)。關(guān)鍵詞 水射流清洗技術(shù) 應(yīng)用現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢(shì)Abstract In resent years, water jet cleaning technology has obtained extensive application in many fields, and results of its application are notable. This paper mainly introduces operating principle feature and current situation of application of water jet cleaning technology, then, describes its development foreground and trend. Key words water jet cleaning technology current situation of application development trend水射流清洗是一項(xiàng)不斷發(fā)展的清洗技術(shù),傳統(tǒng)的水射流清洗是延用至今的低壓大流量水射流沖洗,那時(shí)水射流清洗作業(yè)又稱為“水力剝層”。而高壓水射流清洗技術(shù)是水射流清洗技術(shù)的最新發(fā)展。由于世界各國(guó)對(duì)環(huán)境保護(hù)日益重視,高壓水射流清洗技術(shù)以其廣泛的通用性和對(duì)環(huán)境無(wú)害性在清洗行業(yè)異軍突起,備受清洗行業(yè)的表睞,應(yīng)用日益廣泛。1.高壓水射流清洗技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)高壓水射流清洗技術(shù)的工作原理是利用高壓水泵將普通水的壓力提高至40250MPa,單槍流量約為20-39L/min,從噴嘴射出,形成超高壓水射流或磨料水射流,利用水射流的強(qiáng)大沖擊力、沖蝕力和剝離能力,快速地將涂層、結(jié)垢,鐵銹和油漆去除干凈。在清洗時(shí),可采用純水射流清洗和磨料水射流清洗兩種方式。采用純水清洗時(shí),水射流的壓力很高,可采用旋轉(zhuǎn)噴頭,清洗速度快,設(shè)備簡(jiǎn)單。采用磨料水射流清洗時(shí),水射流的壓力相對(duì)較小,磨料為便宜的石莫砂,操作相對(duì)復(fù)雜。水射流清洗技術(shù)是射流技術(shù)和清洗設(shè)備組合在一起而形成的。磨料水射流是磨料與高速流動(dòng)的水或者與高壓水互相混合而形成的液固兩相介質(zhì)射流。磨料射流也稱為高效射流(也包括脈沖射流,空化射流等),分為后混合磨料射流,前混合磨料射流和外混合磨料射流。外混合磨料射流主要用于清洗。在清洗技術(shù)中實(shí)際應(yīng)用的水射流大致可以分為三種類型:連續(xù)射流、脈沖射流和空化射流。連續(xù)射流又根據(jù)其周?chē)橘|(zhì)分為:淹沒(méi)射流和非淹沒(méi)射流,高壓水射流清洗使用非淹沒(méi)連續(xù)射流。水射流清洗的工作參數(shù)主要是射流的工作壓力和流量,其中,尤以壓力對(duì)水射流的影響顯著,只有當(dāng)水射流的工作壓力達(dá)到一定值時(shí),才能對(duì)材料造成破壞。提高水射流的沖蝕和切割效果的有力措施是適當(dāng)?shù)靥岣吖ぷ鲏毫Γ岣咚淞鞯谋懒?、剝離及沖運(yùn)效果,則要在保證足夠壓力的情況下,增加射流的水流量。高壓水射流清洗裝置稱為高壓水射流清洗機(jī)主要由高壓柱塞泵、動(dòng)力部分、噴嘴、高壓軟管及工作附件等組成。2. 高壓水射流清洗的應(yīng)用現(xiàn)狀高壓水射流清洗是物理清洗方法中的一項(xiàng)重要的新技術(shù),物理清洗技術(shù)是世界清洗技術(shù)發(fā)展的方向,而化學(xué)清洗只能適用于有限的清洗對(duì)象。通過(guò)多年的研究與實(shí)踐,越來(lái)越多的用戶開(kāi)始尋找和轉(zhuǎn)向物理清洗方法。與傳統(tǒng)的手工、機(jī)械方法清洗、化學(xué)方式清洗相比,高壓水射流清洗具有如下優(yōu)點(diǎn):1 選擇合適的壓力等級(jí),高壓水射流清洗不會(huì)損傷被清洗機(jī)體。2 清洗過(guò)后的零部件不需要進(jìn)行潔凈處理。3 能夠清洗形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件,能在空間狹窄、復(fù)雜環(huán)境、惡 劣有害的場(chǎng)合進(jìn)行清洗。4 清洗效率高、質(zhì)量好,設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,安全可靠。5 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化、便于數(shù)字控制。6 高壓水射流清洗是用普通自來(lái)水于高速度下的沖刷清洗,所以它不污染,環(huán)境,不腐蝕設(shè)備,不會(huì)造成任何機(jī)械損傷,還可除去用化學(xué)清洗難溶或不能溶的特殊垢。由于高壓水射流清洗是利用水射流的打擊力將附著物清除掉,在水中不需加入任何化學(xué)藥劑。因此高壓水射流清洗技術(shù)范圍非常廣泛,幾乎遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,被清洗物的形狀、大小和性質(zhì)差異很大,清洗要求也各不相同。具體來(lái)說(shuō),在石油化工、電力、冶金等工業(yè)部門(mén)中得到廣泛的應(yīng)用,可用于清洗容器,也可用于清洗各種設(shè)備、管道、煤氣管線及換熱器,還可用于清洗船舶上積附的海洋生物和鐵銹、鋼鐵鑄件上的清砂等。水射流技術(shù)的清洗對(duì)象主要有:換熱器,包括列管式換熱器、管程換熱器、螺旋板式換熱器、蒸發(fā)器等;管道,包括各種輸送物料管、廢水、廢渣排放管、管網(wǎng)及管式干燒器等;容器,包括反應(yīng)塔、缸、罐釜、沸騰槽、混合器、冷卻塔、槽車(chē)仍儲(chǔ)罐等,專業(yè)器材包括船舶、機(jī)場(chǎng)跑道、鉆桿、鉆具、機(jī)車(chē)、軋機(jī)和鋼鐵構(gòu)件及陽(yáng)極板等;其它設(shè)備包括過(guò)濾機(jī)板框、柵格板、水泥地板、排風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管及大型零部件等,被清洗的物料包括各種類型的結(jié)垢、結(jié)晶、板結(jié)、附著物、反應(yīng)成沉淀物料及涂料、油漆、油污等。近年來(lái),高壓水射流清洗技術(shù)還要更深入、更廣泛的領(lǐng)域擴(kuò)展、延伸。高壓水射流清洗火箭發(fā)動(dòng)機(jī),清洗飛機(jī)跑道、清洗50萬(wàn)伏超高壓線路,清洗火炮筒壁等主面也都取得了一定進(jìn)展。此處,高壓水射流技術(shù)非常適合核電站及核化條件清洗。對(duì)核電站的清洗,是保證核電站安全正常運(yùn)行必不可少的重要工作。水射流清洗核電站技術(shù)優(yōu)于化學(xué)、機(jī)械等清洗方法,是目前最理想的清洗方法。在野戰(zhàn)條件下式軍事演習(xí)后對(duì)遭受核生化污染的人員、武器、技術(shù)裝備也可采用高壓水射流清洗。3. 高壓水射流清洗技術(shù)的發(fā)展前景采用先進(jìn)的高壓水射流清洗技術(shù),取代傳統(tǒng)落后的清洗方法,可大幅度地提高清洗質(zhì)量和清洗效率、降低成本、改善工作環(huán)境,避免污染。特別是近10年來(lái),由于高壓往復(fù)式柱塞泵以及與配套的高壓軟管。高壓閥和旋轉(zhuǎn)接頭等輔助裝置的提高,性能的改善;國(guó)內(nèi)外一些高壓水射流清洗技術(shù)的研究成果已逐步形成商品,應(yīng)用的領(lǐng)域和范圍還在迅速擴(kuò)大。從整體上來(lái)說(shuō),水射流清洗產(chǎn)業(yè)的回化進(jìn)程將加快,即向?qū)I(yè)化、社會(huì)化、系列化和高級(jí)化方向發(fā)展,全能化和全程化服務(wù)水平不斷提高【1】。在工業(yè)清洗行業(yè)中,高壓水射流清洗技術(shù)將占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),是我國(guó)工業(yè)清洗的必由之路【3】。在高壓水射流技術(shù)設(shè)備自身實(shí)現(xiàn)可靠運(yùn)行的前提下,提高智能化水平。高壓水射流、機(jī)器人與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的結(jié)合,將是高壓水射流清洗技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。參考文獻(xiàn):【1】 曹昊翔,張正學(xué).水射流清洗技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其前景.長(zhǎng)沙礦山研究建院50周年院慶論文集,2006.10【2】 孫建勛,陳毅強(qiáng),趙隕.高壓水射流清洗技術(shù).管道技術(shù)與設(shè)備, 2001.2【3】 辛承梁.高壓水射流的清洗功能.化學(xué)清洗,1992.附錄2 水射流的數(shù)值模擬 摘要計(jì)算流體力學(xué)的方法已經(jīng)發(fā)展到找出在磨料空氣水噴射形成期間在管嘴處相遇的微粒和空氣的速度的分布情況。這項(xiàng)研究已進(jìn)行了采用一種多相方法。磨粒被視為一個(gè)固體顆粒連續(xù)相。被用于抽取磨粒進(jìn)入噴射裝置的空氣被視為一連續(xù)相,水被視為主要的連續(xù)相?;痉匠屉x散為采用有限體積方法?;痉匠痰慕夥ㄊ遣捎孟嚅g滑移算法?;痉匠探剖褂猛牧髂P?。當(dāng)空氣相集中于混合頻管的中心區(qū)域時(shí),磨粒進(jìn)入噴嘴和集中管,在這兩個(gè)地方微粒沿著無(wú)孔壁面分布、沿著管壁飄動(dòng)。在集中管處,空氣相和水相的分布形式表明了一個(gè)可能的振動(dòng)。采用不同的磨料進(jìn)口角度和不同的磨料進(jìn)口位置進(jìn)行仿真模擬實(shí)驗(yàn)。模擬的結(jié)果清楚地表明,磨料進(jìn)口角度和位置對(duì)集中管出口處速度分布的影響。從模擬中發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的磨料進(jìn)口角度取決于磨料在混合室中的位置。當(dāng)磨料進(jìn)口位置靠近錐形部分,即混和空氣的較低部分時(shí),較低的角度是有益的;當(dāng)磨料進(jìn)口位置靠近開(kāi)孔口(節(jié)流口)的,即混合空氣的較高部分時(shí),較高的角度是優(yōu)秀的。在出口處的空氣、水和磨料的速度和體積分?jǐn)?shù)與可得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。模擬的結(jié)果顯示出與試驗(yàn)數(shù)據(jù)很好的一致性。1.引言速度分布在磨料水射流精密切割中是非常重要的參數(shù)。找到水和磨料的速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)采用不同的方法獲得。但是在實(shí)際情況下,磨料水射流包含三相的流動(dòng)(水、空氣和固體)。大多數(shù)研究者已經(jīng)進(jìn)行了磨料和水的實(shí)驗(yàn),由于在集中管的出口處的空氣速度是難以測(cè)量的。 Scharner et al 在1998年根據(jù)磨料的流動(dòng)頻率計(jì)算出空氣的流動(dòng)頻率。從他們的研究論文可以清楚地知道,混合室的幾何形狀對(duì)空氣流動(dòng)頻率有很大的影響。Abduka和 Crofton在1998年指出,在混合室內(nèi)部的真空壓力隨著水壓力的增加而增加,而且也取決于孔口部位的直徑。Neusen et al 在1994年指出關(guān)于容積積位的磨料水射流是由大約4%至6%的水,0.2%至0.5%的磨料和93%至95%的空氣所組成。Tazibt et al在1996年指出磨粒吸收的空氣占磨料水射流多于百分之九十的體積,于是在磨料水射流中,空氣有很大的影響。有些作者已試圖模擬磨料水射流,但是他們僅考慮到兩相(水和固體)。JainYe在1996年也試圖模擬磨料水射流,他考慮到粒子運(yùn)動(dòng)和粒子運(yùn)動(dòng)的拉格朗日方程的軌線。他指出漸細(xì)的進(jìn)口角度對(duì)在噴嘴出口的粒子聚集和運(yùn)動(dòng)的能量分布有著深遠(yuǎn)的影響。J Ye和R Kovacevic在1999年也還模擬了水射流的兩相,在這兩個(gè)模擬中,他們采用了直接注射的磨粒水射流(磨粒射流)。在本篇文章中,鑒于傳統(tǒng)噴嘴三相射流的情況,我們已試著模擬磨料水射流。用計(jì)算流體力學(xué)方法來(lái)分析磨料水射流對(duì)找出在磨料水射流形成期間存在的不同相的速度分布是十分有用的工具。軟件CFX-4被用于這些模擬。水和固體被認(rèn)為是不可壓縮流,而空氣被認(rèn)為是可壓縮流。本文論述磨料水射流所模擬的存在于傳統(tǒng)噴射系統(tǒng)的三相和不同磨料進(jìn)口角度及在混合室中的磨料進(jìn)口位置。2.數(shù)學(xué)模型依據(jù)雷諾數(shù),顯然磨料水射流是湍流。水通常是以高速通過(guò)節(jié)流口的,然而空氣和磨料是以相當(dāng)小的速度流動(dòng)。從高速水到低速的磨粒有一個(gè)能量轉(zhuǎn)移,從而影響了工件。因此,磨料射流的沖擊性能是沖擊微粒的總質(zhì)量和他們?cè)谂鲎仓械乃俣鹊囊粋€(gè)參數(shù)。所有磨粒的平均速度是一個(gè)數(shù)量,這就必須決定提高截割頭設(shè)計(jì)。為了找出在噴嘴出口的速度分布采用模擬技術(shù),水、空氣和固體系統(tǒng)需要被視為多相流。對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)、湍流和關(guān)于熱傳遞也進(jìn)行了模擬。在多相中水被視為主要相。模擬技術(shù)隨著湍流模型(湍流的動(dòng)能和能量損耗)采用CFX-4軟件而得到改善。2.1模擬方程三相由希臘記號(hào)、和標(biāo)記,它們分別代表水、空氣和固體,表示相的數(shù)目。每一相的體積分?jǐn)?shù)被標(biāo)記為。當(dāng)模擬仿真采用柱面坐標(biāo)系進(jìn)行時(shí),變量由三個(gè)分量,像,所有的三相用歐拉方法。由連續(xù)性方程:- (1)由動(dòng)量方程:-(2)這里,-(3)和-(4)及能量方程(不可壓縮流)-(5)其中是焓(熱函),于是,狀態(tài)代數(shù)方程和每相的分量方程如下:-(6)-(7)考慮到體積分?jǐn)?shù)總和是1:普遍對(duì)流損耗方程是:-(8)術(shù)語(yǔ)描述在和之間范圍的相間轉(zhuǎn)換。于是,所有的相間的轉(zhuǎn)換術(shù)語(yǔ)的總和是0。體積分?jǐn)?shù)方程:-(9)其中體積分?jǐn)?shù)的湍流擴(kuò)散采用Eddy擴(kuò)散假說(shuō)來(lái)模擬。假設(shè)在一個(gè)湍流相中參數(shù)為k和的運(yùn)輸方程將以同樣的形式作為相對(duì)標(biāo)量的對(duì)流損耗方程。-(10)-(11)源術(shù)語(yǔ)被視為同它們的單相相似一樣,于是-(12)-(13)其中P是剪切應(yīng)力,并且G是由于內(nèi)部力而產(chǎn)生的。常數(shù)被設(shè)置為。由于空氣被視為可壓縮流,其密度將隨著壓力的變化而變化,理想氣體定律: -(14)其中用代碼存儲(chǔ)和解決的壓力P實(shí)際上是不同于熱力壓力p和固定參考?jí)毫?.2.2幾何和參數(shù)柱坐標(biāo)系是用來(lái)創(chuàng)建常規(guī)霧沬噴射的幾何。示意圖顯示在圖1中,對(duì)于三相流(水,空氣和固體)來(lái)說(shuō),環(huán)境被認(rèn)為是在大氣條件。由那個(gè)原因額外的阻塞被創(chuàng)建,被當(dāng)作大氣壓和100空氣的壓力邊界。然而,水壓被視為276MPa,幾何尺寸和參數(shù)見(jiàn)表1。磨料進(jìn)口角度和它的位置見(jiàn)圖2。3模擬仿真驗(yàn)證盡管模擬發(fā)展為三相,為了充分驗(yàn)證理論結(jié)果,測(cè)量三相的速度是十分困難的。然而,在集中管出口處的速度分布已被Zoltani和Bicen在1990年所出版的一相流的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所證實(shí)。完全湍流,直徑25.4mm的兩相圓射流,20m/s的出口速度,包含1.5的載荷密度的直徑為80m的小珠在他們的測(cè)試中被檢驗(yàn)。他們利用激光多普勒在出口少數(shù)幾個(gè)位置測(cè)量空氣和固體的速度,展現(xiàn)在圖3到圖5的結(jié)果表明,發(fā)展起來(lái)的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究處于良好的量的一致性。一些其它的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)也被用來(lái)驗(yàn)證模擬結(jié)果,這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)提供在出口處三相體積分?jǐn)?shù)的測(cè)量法及提供對(duì)水、空氣和固體的分析。例如,Neusen et al在1991年使用X光掃描密度計(jì)來(lái)測(cè)量在出口處空氣、水和固體的體積分?jǐn)?shù)。X光掃描器產(chǎn)生一束非常細(xì)的為0.125mm的X射線,它通過(guò)射流并且受包含在射流內(nèi)的物質(zhì)的相互作用而減弱。X射線束的強(qiáng)度通過(guò)使用一個(gè)閃爍探測(cè)器而被測(cè)得。吸光系數(shù)接著被用來(lái)估計(jì)空氣、水和磨料的局部平均物質(zhì)體積分?jǐn)?shù)。他們使用范圍從207到345MPa的壓力,和從0.34到0.57kg/min的磨料流動(dòng)率來(lái)測(cè)量4mm投射距離的體積分?jǐn)?shù)。源于模擬的體積分?jǐn)?shù)與這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。在集中管出口處即0mm投射距離處;從模擬中獲取體積分?jǐn)?shù)。在集中管出口處水的模擬體積分?jǐn)?shù)在靠近壁處是更高的。這可能導(dǎo)致射流裝置可能的閃爍現(xiàn)象。比較的體積分?jǐn)?shù)結(jié)果顯示于圖6.7.8中。4.磨料進(jìn)口角度和它的位置的影響模擬被發(fā)展為在混合室中不同的磨料進(jìn)口角度和它的位置。集中管出口處的速度分布在本節(jié)中被介紹。出口處的射流速度被發(fā)現(xiàn)取決于在混合室中的混合過(guò)程及磨粒加速過(guò)程中所花費(fèi)的時(shí)間,也有從水到磨粒的動(dòng)量轉(zhuǎn)移。對(duì)于傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng),模擬條件在表1中被給出。對(duì)于精密切割,靠近中心軸線的射流速度是重要的,而且靠近射流中心位置的速度應(yīng)該是最大速度。三個(gè)不同的磨料進(jìn)口位置被使用為獲得最佳的進(jìn)口位置(圖2)。磨料的中心距離距裝置的錐形部分是2.25mm。距混合室的較低部分分別為5.25mm和6.75mm的另外兩個(gè)磨料進(jìn)口位置也被考慮。對(duì)于不同的磨料進(jìn)口角度,空氣和固體將從在混合室、錐形部分和集中管中的不同位置彈回。表2說(shuō)明了這些現(xiàn)象。顯然,從表2中,如果進(jìn)口角度在20.56和55.56之間,在距錐形部分為2.25mm的磨料進(jìn)口位置,磨料將會(huì)擊中斜面。如果進(jìn)口角度少于20.56,那么它將擊中混合室。圖9表明了在集中管出口為不同磨料進(jìn)口角度的水速。對(duì)于30進(jìn)口角度,水速被發(fā)現(xiàn)比沿半徑的其它水速要高。同樣,圖10和11顯示了不同的磨料進(jìn)口角度的空氣和固體的速度。從圖9至圖11,顯然,對(duì)于30磨料進(jìn)口角度,由噴嘴的這種幾何輪廓射流速度才變成最大。但是如果幾何尺寸被改變,像混合室長(zhǎng)度和直徑,錐形進(jìn)口角度等,在最大射流速度,最佳磨料進(jìn)口角度可能會(huì)改變。在這里還應(yīng)該提到,對(duì)于30磨料進(jìn)口角度,沿半徑方向的不同相的速度是不準(zhǔn)確的模式。這暗示著在混合室內(nèi)混合過(guò)程是不足夠得到在射流中心位置處的最大速度。圖12顯示了不同磨料進(jìn)口角度的射流的平均速度。顯然,對(duì)于30磨料進(jìn)口角度(29磨料進(jìn)口角度也被使用為獲得一個(gè)精確的模式),射流的平均速度是最大的。圖13顯示了靠近中心軸線處水、空氣和固體的速度,并且能看出對(duì)于30磨料進(jìn)口角度,不同相的各自速度是最大的,而且遵循一個(gè)幾乎相似的模式。若是75,三相的速度是相似的但不是最大。下一步準(zhǔn)備找出不同磨料進(jìn)口角度對(duì)進(jìn)口位置的影響。就圖12中所說(shuō)明的結(jié)果而論,模擬技術(shù)被發(fā)展為不同的磨料進(jìn)口角度(30,45和60)和不同的進(jìn)口位置。新的磨料進(jìn)口位置距錐形部分為6.75mm,模擬是采用為30,45和60磨料進(jìn)口角度進(jìn)行的。一個(gè)附加的模擬被實(shí)施采用45磨料進(jìn)口角度,進(jìn)口位置為5.25mm。對(duì)于精密切削,靠近射流中心區(qū)域射流速度應(yīng)該是最大。圖14至16展示了在沿著半徑方向?yàn)?0磨料進(jìn)口角度和兩個(gè)不同的進(jìn)口位置的出口平面處的速度分布。盡管為以前的進(jìn)口位置,卻獲得了一個(gè)更好的結(jié)果。但是如果45進(jìn)口角度,對(duì)5.25mm的進(jìn)口位置來(lái)說(shuō),更好的結(jié)果會(huì)被獲得。這些結(jié)果展示在圖17,18和19中。但是如果是60的磨料進(jìn)口角度(圖20,21和22),當(dāng)使用6.75mm的磨料進(jìn)口位置,更好的結(jié)果會(huì)被找到。于是,顯然,對(duì)于靠近孔口或者混合室的較高面的進(jìn)口位置,一個(gè)更高的角度是最佳磨料進(jìn)口角度。對(duì)于磨料進(jìn)口角度的較高位置,速度分布圖顯示了最大速度是在射流中心線的附近。5.結(jié)論如果磨料進(jìn)口位置接近錐形部分即混合室的底部,當(dāng)考慮到射流的最大速度時(shí),一個(gè)較低的角度將是最佳的磨料進(jìn)口角度。如果進(jìn)口位置朝著孔口方向改變(即混合室的較高位置),一個(gè)較高的磨料進(jìn)口角度將是最佳的。一個(gè)磨料進(jìn)口角度的較高位置即靠近孔口速度分布圖,表明射流的最大速度是在中心軸線附近。這也在混合室中,混合過(guò)程是最佳的,于是射流的閃爍現(xiàn)象減至最低限度,因此精密射流切割能夠?qū)崿F(xiàn)。6致謝編者們要感謝澳大利亞研究咨詢委員會(huì)支持本項(xiàng)工作(作品)。7參考文獻(xiàn)(略)8學(xué)術(shù)用語(yǔ)B 內(nèi)部力 c相間術(shù)語(yǔ) C常數(shù) D集中管直徑 F內(nèi)部相非阻力 G基于內(nèi)部力的產(chǎn)品 h熱力學(xué)焓 H總焓或狀態(tài)焓 k動(dòng)能 相的總數(shù) p熱力學(xué)壓力 P壓力/剪切應(yīng)力 參考?jí)毫?r半徑 R普遍氣體常數(shù) S源術(shù)語(yǔ) t時(shí)間 T溫度 U速度 射流速度 W分子量 x出口距離 柱面坐標(biāo) 錐形進(jìn)口部分計(jì)算角度 磨料進(jìn)口角度 物理性質(zhì) 密度 湍流普蘭特爾數(shù) 湍流動(dòng)能損耗 導(dǎo)熱系數(shù) 分子黏度 湍流黏度 渦流渦流擴(kuò)散系數(shù)下標(biāo)(腳碼、索引)a空氣 P磨粒 w水 T湍流 、相 符號(hào)d阻力 h熱轉(zhuǎn)移 T張量9.表格表格1. 模擬條件噴嘴尺寸孔口直徑 0.33mm混合室直徑 6mm混合室長(zhǎng)度, 12mm錐形進(jìn)口角度 集中管直徑, 1.27mm集中管長(zhǎng)度 75mm磨料進(jìn)口直徑 3mm 水的密度 空氣密度 磨料密度 磨料直徑 進(jìn)口條件水壓 氣壓 磨料質(zhì)量流動(dòng)率 空氣流動(dòng)率 磨料進(jìn)口角度 表格2距錐形管距離(mm)角度范圍(空氣和磨料將擊中斜面)角度范圍(空氣和磨料將通過(guò)集中管)2.255.256.7510.圖圖1,磨料水射流噴嘴示意圖 圖2,混合室中的網(wǎng)格和板型 圖3,空氣速率 圖4,固體粒子速率圖5,水的速率 圖6,水的體積分?jǐn)?shù)圖7,磨料的體積分?jǐn)?shù) 圖8,空氣的體積分?jǐn)?shù)圖9,集中管出口處沿半徑方向的水速圖10,集中管出口處沿半徑方向的空氣速度圖11,集中管出口處沿半徑方向的固體速度圖12,不同磨料進(jìn)口角度的射流平均速度圖13,不同磨料進(jìn)口角度的射流中心線附近的相的速度圖14,兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度圖15,兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度圖16,兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度圖17,三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度圖18,三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度圖19,三個(gè)不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度圖20,兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的水的速度圖21,兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的空氣速度圖22,兩不同位置處磨料進(jìn)口角度的固體速度附錄3
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