【正文】 降低后，活塞往復運動的速度減慢，活塞與缸套之間的摩擦功耗產生的摩擦熱減少，從而延長活塞密封的使用壽命，也提高了缸套的使用 壽命。同時，十字頭、導板、閥和閥座的壽命都有所提高。另外，沖次降低后，慣性損失減少，泵不易產生“水擊”現象，質性力減弱，將會提高泵動力端齒輪、軸承等零部件的使用壽命。 沖次 泵缸橫截面積： S= 24d?=4x = 2m 往復頻率 f： f=3LV= 3m h??= min次 42? min次 沖次 w： w=1/f= 上式中， L：流量； V：泵缸容積； ：泵缸沖程，單位 m。 推桿推力 F： F=PS=4Mpa x 2m = (2)泵的沖程長度 泵的沖程長度是鉆井泵的另一重要指標。由以上表所知，在降低沖次的前提下，適當加長沖程長度是合理的，而且還可以進一步改善其吸人性能。 經合理搭配泵的沖程長度，泵的額定沖次，缸套直徑，在泵的理論排量、排出壓力滿足鉆井工藝要求的前題下使泵的慣性水頭系數小于 0 . 34 m/s2 時，能夠確保鉆井泵自吸性能良好。 (3)正確設計吸人管線也是鉆井泵設計的關鍵為保證液流與活塞同步增速，液流需要消耗一定的能量，即稱為“加速度水頭損失”或“慣性損失”。隨著所用吸人管線的形式不同，這種損失可能 加大或減小。要控制慣性損失，提高泵吸人性能，應注意以下幾方面問題 ： 1)吸人管線應有足夠的液體。 2)選用直通式泵頭。 3)吸人系統(tǒng)應絕對密封。 3. 2 鉆井泵閥運動對排量的影響 泵工作時排量不斷變化，壓力也隨之變化。排量和壓力的波動會降低泵的機械效率容積效率及縮短泵和管線的使用壽命，甚至導致井壁的坍塌和鉆進液的漏失。為了減小泵的排量和壓力的波動，常用的方法是在泵的排出口安裝空氣包，或在吸人口安裝空氣包。 泵工作時，閥盤作間歇運動。當閥盤上升時，它與閥座間有一空 間，從液缸內排出的液體有一部分儲存其中，使流經閥隙的液體量小于液缸內排出液體量 。當閥盤下落時，下部空間減少，把原來儲存的小部分液體排出，使流經閥隙的液體量大于由液缸內排出的液體量。從本質上說，泵閥在閥腔內的運動效果就相當于一臺“開式”往復泵，閥盤相當于一個活塞。 對鉆井泵而言，為了滿足鉆井工藝對排量和壓力的要求，通常采用換缸套的方法。根據泵閥理論，閥盤的運動存在滯后現象，在排出過程終止時，閥盤并未落回閥座。吸人過程開始時，閥盤在自重、彈簧力及閥盤上下壓力差的作用下，快速下落，產生沖擊力。閥盤上下壓力 差越大，閥盤的沖擊力越大，閥盤和閥座所受的力就越大。 同樣，由于泵在高壓狀態(tài)下使用的是小缸套，在 Q1= Fcursincot 中， F 值較小，泵的排量變化值較大。所以在設計泵時，通常采用泵的小缸徑參數。為了減小泵閥運動對泵排量不均度的影響，應盡可能地減小閥盤的直徑和運動速度，盡可能地使用直徑較大的缸套，使 Flf 閥的值較大，也就是說，在泵的使用過程中，盡可能使用大直徑缸套，既可以提高鉆井液的循環(huán)量，又可以保證泵的瞬時排量相對穩(wěn)定，從而保證鉆井質量。 3. 3 缸筒材料選擇： 要有足夠的強度，能長期承受最高工作 壓力； 要有足夠的剛度，能夠承受活塞的側力和安裝的反作用力而不至變形； 良好的耐磨性，在長期工作情況下仍能保證較高的尺寸和形位公差等級； 綜合以上各條和經濟性考慮，缸筒材料選為 15Mn。 由以上數據可計算液壓缸筒壁厚 ? 為 ：（ 設 ~ ? ? ）由1機 械 設 計 手 冊 19212有： ? ?m a x0 m a x 30 3 3 305PD m m mP? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 圓整為 30mm。 其中 0? ：缸筒壁厚， maxP ：缸內最大壓力， ??? ： bn? ； b? ：缸筒材料許用應力； n安全系數，取為 5。 至此，缸筒尺寸確定：直徑 100mm，壁厚 30mm，長 L為 500mm，（考慮到活塞厚度及緩沖缸的存在，長度定為 600mm） 吸漿管與排漿管的選擇與直 徑計 算 吸漿管直徑計算 dx=（ 4Q‘ /π vX） 1/2=[4 2323/（ 13 60） ]1/2= 取φ 20mm 式中： vX— 液流在吸入管中的流速 取 vX= m/S=13 dm/S Q‘ — 計算流量 Q‘ = Q/η V=1917/=2323L/min 排漿管直徑計算 dp=（ 4Q‘ /π vp） 1/2=（ 4 2323/（ 20 60）） 1/2= 取φ 30mm 式中： vp— 液流在排水管中的流速 取 vp=2m/S=20 dm/S 漿管的選擇 根據工作壓力和按上式求得的管子的內徑，選擇膠管的尺寸規(guī)格。對于頻繁，經常扭者要降低 40%。膠管在使用及設計中應注意下列事項： （ 1） 膠管的彎曲半徑不宜過小，膠管與管接頭的連接處應留有一段直的部分，此段長度不應小于關外半徑的兩倍。 （ 2） 膠管的長度應考慮到膠管在通入壓力液后，長度方向將發(fā)生收縮變形，一般收縮量為管長的 34%。因此，膠管安裝時應避免處于拉 緊狀態(tài)。 （ 3） 膠管在安裝時應保證不發(fā)生扭轉變形，為了便于安裝，可沿管長涂以色紋，以便檢查。 （ 4） 膠管的管接頭軸線，應盡量放置在運動的平面內，避免兩端互相運動時膠管收扭。 （ 5） 膠管應避免與機械上尖角部分相接觸和摩擦，以免管子損壞。 連桿十字頭連接處銷子強度的計算 銷的類型可根據工作要求選定，用于聯(lián)結的銷，其直徑可根據聯(lián)結的結構特點按經驗確定，必要時再作強度較核。 定位銷通常不受載荷或只受很小的載荷，數目不能少于兩個。銷在每一個被聯(lián)結的件內的長度約為銷直徑的 12 倍，定 位銷的材料通常選 3 45 鋼，并進行硬化處理，根據工作需要也可以選用 30CrMnSiA、 1Cr1 2Cr1 H62 和1Cr18Ni9Ti 等材料；彈性圓柱銷多采用 65Mn，其槽口位置不應裝在銷子受壓的一面，要在裝配圖上表示出槽口的方向。 設計安全銷時，應考慮銷剪斷后要不易飛出和要易于更換。安全銷的材料可選用 3 4 50鋼或 T8A、 T10A 等，熱處理后硬度為 3036HRC；銷套材料可選用 45 鋼、 35SiMn、 40Cr 等，熱處理后的硬度為 4050HRC。安全銷的直徑應按銷的抗剪強度τ b進行計算 ，一般可取τ b =（ ）σ b。 根據本設計的實際情況，選擇 45 鋼 d=16mm 的圓柱銷。 材料： 45 號鋼 機械性能： σ s=36000N/cm2 σ b=61000N/ cm2 [σ ]= σ s/=24000N/ cm2 （ 1） 外加負荷 P=π D2P/4=Π 162200/4=40192N （ 2） 各支點反力 FA， FB ∑ Z=0 FA+ FB= P=40192N ∑ MA=0 18 P－ 36 FB=0 解得： FB=20216N FA =20216N （ 3） 各支點彎矩如圖 MA=MB=0 MC=18FA= （ 4） 按彎曲強度計算 從圖 的彎矩圖可知危險短面為 C 處截面，截面 C處的抗彎摸量 W W== = cm 3 截面 C處的彎曲應力σ W σ W=MC/W=36172/=11609 N/ cm2 安全系數 n n=[σ ]/ σ W=24000/11609= 安全 （ 5） 按剪切強度計算 由于此銷為雙剪切 故剪力 Q=P/2=20216N 剪應力τ = Q/F=20216X4/ =1791 N/ cm2 安全系數 n=[τ ]/ τ =8150/1791= 安全 式中： [τ ]— 許用剪應力 [τ ]=8150 N/ cm2 （ 6） 按擠壓強度計算 擠壓應力σ JY=P/FJY=4019/=1046 N/ cm2 安全系數 n= [σ JY] /σ JY=5100/1046= 安全 式中： [σ JY]— 擠壓 剪應力 [σ JY]=5100 N/ cm2 綜上所敘連桿小頭銷子直徑為 19mm 滿足強度要求。 第四章 泥漿泵零件的加工工藝 經過 計算 和幾次方案論證，考慮到工作現場的特點，從實際實用的角度出發(fā)，確定方案如下： 考慮到多種場合的野外作業(yè)，動力選擇電機； 1. 考慮到密封件容易損壞，需經常更換，選擇新型的密封材料聚四氟乙烯，可延長使用壽命； 2. 考慮到泵體容易損壞，選用高強度材料，提高承載能力； 3. 柱塞選用更好的材料，提高柱塞耐磨性，延長柱塞使用壽命。 4. 在滿足上述要求的同時，盡量 結構簡單，操作方便，適合于搬運。盡量做到標準化，通用化，系列化。 偏心輪的加工 三個偏心輪工作由一個直軸聯(lián)接成一體，三個偏心輪的空間位置各相差 120186。次偏心輪結構結構尺寸、同軸度、垂直度要求非常嚴格， 各裝配尺寸上粗糙度的要求也很高這些技術要求給加工增加了難度。 胎具的設計提出 ： 根據偏心輪的結構，偏心部分內孔與外圓部分壁薄厚不均，個各尺寸精度較高的特點，設想能用一種機加方法把各部尺寸一次加工完成，為了保證零件尺寸精度及形位公差精度，借助于胎具，按同一加工基準定位，通過實際操作，能夠滿足設 計要求。 胎具兩側孔偏心距要求與偏心輪相同，偏心距為 100177。 ，并保證軸線平行，周圍孔與偏心輪上孔把合，利用胎上的孔及周圍螺栓把合定位，將偏心輪固定，分步加工各部尺寸。 工藝流程 毛坯的準備，材料 ZG35CrMo，鑄后應正火處理，穩(wěn) 定組織，利用劃線，全線檢查查看各部尺寸，查看余量是否能滿足加工 粗車 ： 利用劃線，用 立車粗車， 各部留 6mm，超聲波探傷檢查毛坯內部質量，然后進行調質處理，再探傷檢查，看材料是否還有缺陷，再粗車一刀，每面留 2mm，余量后進行穩(wěn)定化處理，使零件的組織更穩(wěn)定 ，并進一步消除材料及加工應力。 半精車 ：用 立車車成在半精車時需加工一刀，以備找正用；通過劃線利用小鉆將過垂直軸線的空加工，為保證胎具的使用精度，由鉗工處理各孔的毛刺； 精加工：有 A、 B兩種。 A:用 立車上胎；按相關端面找正，端面跳動在 內 ，修研裝夾面，將零件向下裝入胎內，檢查零件與卡盤回轉中心同軸度達到Φ 的圖紙要求，用沉頭螺釘將零件與胎具把牢，內孔按圖紙要求磨好；劃出偏心十字找正線，上胎；按相關端面趙正，端跳小于 ，修研裝卡面，用工藝螺栓和墊圈將零件裝卡牢固，車全部 偏心尺寸，半精車時檢查偏心距 100mm 實際尺寸，并微調偏心，各面均留 ，其余各部達到圖紙要求； B：用立式磨床上胎 ；修研裝卡面，將零件固定在胎上，按零件端面及內孔找正，磨外圈達到圖紙要求，拆下零件，將胎具掉個，按偏心十字線對應找正，卡牢，磨偏心外圓尺寸達到圖紙要求。 其余工序：由鉗工取出毛刺，倒角。 注意事項 ： 因為零件用于傳動，是關鍵件，它的使用壽命關系到整個泥漿泵的壽命，在選材上要選用優(yōu)質合金鑄鋼，熱處理手段至關重要，每一道工序都應仔細，認真操作 。 整個工藝流程中劃線是主線 ，按線找正，因此，劃線是非常重要的工序，在劃線的工程中要仔細檢查，每一步都要劃的精、準 。 胎具在使用時，每一步都應該精修裝卡面，每一步都要嚴格執(zhí)行，認真修研，否則將會影響整個零件的精度 。 偏心距交大時，立車，立磨的切削速度不宜過高，否則應考慮用配重塊平衡，以確保尺寸精度 。 成產實踐證明，使用這種方法加工的偏心輪能夠滿足設計及使用要求，采用簡單的胎具和普遍的車床就能保證偏心輪的精度要求，這種加工方法比較簡單，易于操作。 泵頭體處理工藝 按國內機械工程技術界的傳統(tǒng)觀點，對泵頭體的處理工藝作了 調質處理的規(guī)定．認為鋼中馬氏體是硬而脆的組織，因而為了追求高塑性 高韌性，通過調質熱處理使泵頭體獲得回火索氏體組織，稱這種熱處理工藝為 調質態(tài)工藝． 按照“ 調質態(tài) ” 工藝生產了兩個泵頭體，在通過臺架試驗后，進行了現場試驗． 其 中 一個 累計連續(xù)運行 434h，泵頭體交變腔出現裂紋失效，其它機件運行正常． 另一個 累計連續(xù)運行 289h， T 作壓力為 35． 9MPa，泵頭體交變腔上部開裂失效，其它機件運轉正常． “質態(tài) ”工藝的泵頭服投壽命未達到要求． 我國近幾年來斷裂力學的研究表明，低碳馬氏體和高碳馬氏體組織形態(tài)上的差異，主 要是 由于馬氏體相變時的切變方式不同而造成的 ，而馬氏體含碳量不同，反映在綜合機械性能 上，也有顯著不同．這樣就可以通過改變工藝條件，控制馬氏體的形