往复泵动力端运动机构设计和分析

1．题目：往复泵动力端运动机构设计和分析 2．功能要求及工作原理

⑴总功能要求:将原动机的高速旋转运动变为柱塞的低速往复运动 ⑵工作原理

往复泵是利用工作腔容积的周期性变化来输送高压流体的，它通常由两部分组成。一部分直接输送液体，把机械能转换为液体的压力能的液力端，另一部分将原动机的能量传给液力端的动力端。动力端主要有曲柄、连杆、十字头等部件。如上图所示，在液缸中有柱塞杆和柱塞，液缸体上装有吸入阀和排出阀。液缸体中柱塞与阀之间的空间称为工作室，它通过吸入阀和排出阀分别与吸入管路和排出管相连。

通常压裂泵的动力源为高速柴油机，动力由柴油机经过减速装置传递到曲柄，当曲柄以角速度?顺时针旋转时，柱塞从右极限位置开始向左运动，工作腔的容积增大，压力降低，液体在压力差的作用下克服吸入管路和吸入阀等的阻力损失进入液缸体中。当柱塞运动到左极限位置时，吸入液体过程停止，吸入阀关闭。曲柄继续旋转，柱塞开始向右运动，液缸体中的液体被挤压，液体压力急骤增加。在这一压力作用下，排出阀被打开，液缸体内液体在柱塞的作用下被排送到排出管路中去。

当往复泵的曲轴以角速度?不停旋转时，往复泵就实现连续吸入和排出液体的过程。 往复泵的曲柄滑块机构一般采用对心式设计，在一些压力高或者由于结构的限制选定的长细比（R/L）值比较大的情况下，可以采用正偏置设计来改善十字头与导板间的正压力和偏磨。

3．

班级柱塞行程偏心距e最大压力角(°) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 101.6 127 152.4 177.8 203.2 229 254 305 101.6 127 152.4 177.8 203.2 229 254 305 101.6 127 152.4 177.8 203.2 229 254 305 101.6 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 15 16 17 18 19 50 51 52 53 54 55 56 57 58 50 51 52 53 54 55 56 57 58 50 51 52 53 54 55 56

柴油机转速冲次N 柱塞直径排出压力十字头与十字头质量曲柄质量导轨的摩擦系数f 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1000 75 70 60 90 100 115 79 85 110 120 75 70 60 90 100 115 79 85 110 120 75 70 80 90 100 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 35 40 45 50 55 60 40 65 70 35 40 45 50 55 60 40 65 70 35 40 45 50 55 60 40 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.08 20 25 30 35 40 45 50 55 60 20 25 30 35 40 45 50 55 60 20 25 30 35 40 45 50 30 35 40 45 50 55 60 65 70 30 35 40 45 50 55 60 65 70 30 35 40 45 50 55 60 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 25 30 35 40 45 连杆质量 序号 H（mm） （mm） ?c(rpm) (冲/分) dZ（mm） P1(MPa) mS(Kg) mQ(Kg) mL(Kg) 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 127 152.4 177.8 203.2 229 254 305 101.6 127 152.4 177.8 203.2 229 254 305 101.6 127 152.4 177.8 203.2 20 21 22 23 24 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 15 16 17 18 19 57 58 50 51 52 53 54 55 56 57 58 50 51 52 53 54 55 56 57 58 1100 1200 1300 1400 1500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1000 1100 1200 115 79 85 110 120 75 70 60 90 100 115 79 85 110 120 75 70 60 90 100 120 125 130 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 65 70 75 65 70 35 40 45 50 55 60 40 65 70 35 40 45 50 55 60 40 65 70 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 0.13 0.14 0.15 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12 55 60 20 25 30 35 40 45 50 55 60 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 30 35 40 45 50 55 60 65 70 30 35 40 45 50 55 60 65 70 50 55 60 65 70 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 25 30 35 40 45 注：①其它摩擦忽略不计；

②其他构件质量不计； ③假定泵阀的滞后角为0；

④曲柄和连杆的质量与长度有关，本题假定为已知； ⑤吸入压力P2=0.01MPa。

4．要求完成的设计工作量

（1）往复泵总体传动方案设计。设计一个合理的传动系统，将柴油机的高速旋转转变为曲柄的低速旋转，要求思路清晰，传动比分配基本合理，并绘出机构的传动示意图。 （2）按原始数据和设计要求设计曲柄滑块机构。

（3）对设计出的曲柄滑块机构进行运动分析，用解析法求出曲柄??0?,15?,30?...,330?,345?,360?时滑块的位移、速度、加速度，并画出运动线图。

（4）对曲柄滑块机构进行动力分析，求出曲柄??0?,15?,30?...,330?,345?,360?时连杆与十字头的转动副反力、连杆与曲柄的转动副反力、曲柄与机架的转动副反力，作用在曲柄上的外加力矩以及机架对十字头反力的大小和方向，要求绘制出作用在曲柄上的外加力矩曲线。 5.课程设计完成后应提交的资料 课程设计说明书一份,其内容包括: (1)设计题目(含设计条件和要求)；

(2)机构传动系统方案的确定(含机构传动方案图)； (3)机构综合的方法和计算结果； (4)运动分析的方法和计算结果； (5)动力分析的方法和计算结果； (6)对课程设计进行总结； (7)主要参考文献； (8)附件(计算程序等)