【正文】 降低后，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的速度減慢，活塞與缸套之間的摩擦功耗產(chǎn)生的摩擦熱減少，從而延長(zhǎng)活塞密封的使用壽命，也提高了缸套的使用 壽命。同時(shí)，十字頭、導(dǎo)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(chǎn)生“水擊”現(xiàn)象，質(zhì)性力減弱，將會(huì)提高泵動(dòng)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(fù)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(zhǎng)度 泵的沖程長(zhǎng)度是鉆井泵的另一重要指標(biāo)。由以上表所知，在降低沖次的前提下，適當(dāng)加長(zhǎng)沖程長(zhǎng)度是合理的，而且還可以進(jìn)一步改善其吸人性能。 經(jīng)合理搭配泵的沖程長(zhǎng)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(shù)小于 0 . 34 m/s2 時(shí)，能夠確保鉆井泵自吸性能良好。 (3)正確設(shè)計(jì)吸人管線也是鉆井泵設(shè)計(jì)的關(guān)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(yīng)注意以下幾方面問(wèn)題 ： 1)吸人管線應(yīng)有足夠的液體。 2)選用直通式泵頭。 3)吸人系統(tǒng)應(yīng)絕對(duì)密封。 3. 2 鉆井泵閥運(yùn)動(dòng)對(duì)排量的影響 泵工作時(shí)排量不斷變化，壓力也隨之變化。排量和壓力的波動(dòng)會(huì)降低泵的機(jī)械效率容積效率及縮短泵和管線的使用壽命，甚至導(dǎo)致井壁的坍塌和鉆進(jìn)液的漏失。為了減小泵的排量和壓力的波動(dòng)，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(shí)，閥盤作間歇運(yùn)動(dòng)。當(dāng)閥盤上升時(shí)，它與閥座間有一空 間，從液缸內(nèi)排出的液體有一部分儲(chǔ)存其中，使流經(jīng)閥隙的液體量小于液缸內(nèi)排出液體量 。當(dāng)閥盤下落時(shí)，下部空間減少，把原來(lái)儲(chǔ)存的小部分液體排出，使流經(jīng)閥隙的液體量大于由液缸內(nèi)排出的液體量。從本質(zhì)上說(shuō)，泵閥在閥腔內(nèi)的運(yùn)動(dòng)效果就相當(dāng)于一臺(tái)“開式”往復(fù)泵，閥盤相當(dāng)于一個(gè)活塞。 對(duì)鉆井泵而言，為了滿足鉆井工藝對(duì)排量和壓力的要求，通常采用換缸套的方法。根據(jù)泵閥理論，閥盤的運(yùn)動(dòng)存在滯后現(xiàn)象，在排出過(guò)程終止時(shí)，閥盤并未落回閥座。吸人過(guò)程開始時(shí)，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(chǎn)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(shè)計(jì)泵時(shí)，通常采用泵的小缸徑參數(shù)。為了減小泵閥運(yùn)動(dòng)對(duì)泵排量不均度的影響，應(yīng)盡可能地減小閥盤的直徑和運(yùn)動(dòng)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(shuō)，在泵的使用過(guò)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(shí)排量相對(duì)穩(wěn)定，從而保證鉆井質(zhì)量。 3. 3 缸筒材料選擇： 要有足夠的強(qiáng)度，能長(zhǎng)期承受最高工作 壓力； 要有足夠的剛度，能夠承受活塞的側(cè)力和安裝的反作用力而不至變形； 良好的耐磨性，在長(zhǎng)期工作情況下仍能保證較高的尺寸和形位公差等級(jí)； 綜合以上各條和經(jīng)濟(jì)性考慮，缸筒材料選為 15Mn。 由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算液壓缸筒壁厚 ? 為 ：（ 設(shè) ~ ? ? ）由1機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 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(nèi)最大壓力， ??? ： bn? ； b? ：缸筒材料許用應(yīng)力； n安全系數(shù)，取為 5。 至此，缸筒尺寸確定：直徑 100mm，壁厚 30mm，長(zhǎng) L為 500mm，（考慮到活塞厚度及緩沖缸的存在，長(zhǎng)度定為 600mm） 吸漿管與排漿管的選擇與直 徑計(jì) 算 吸漿管直徑計(jì)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(jì)算流量 Q‘ = Q/η V=1917/=2323L/min 排漿管直徑計(jì)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(jù)工作壓力和按上式求得的管子的內(nèi)徑，選擇膠管的尺寸規(guī)格。對(duì)于頻繁，經(jīng)常扭者要降低 40%。膠管在使用及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意下列事項(xiàng)： （ 1） 膠管的彎曲半徑不宜過(guò)小，膠管與管接頭的連接處應(yīng)留有一段直的部分，此段長(zhǎng)度不應(yīng)小于關(guān)外半徑的兩倍。 （ 2） 膠管的長(zhǎng)度應(yīng)考慮到膠管在通入壓力液后，長(zhǎng)度方向?qū)l(fā)生收縮變形，一般收縮量為管長(zhǎng)的 34%。因此，膠管安裝時(shí)應(yīng)避免處于拉 緊狀態(tài)。 （ 3） 膠管在安裝時(shí)應(yīng)保證不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，為了便于安裝，可沿管長(zhǎng)涂以色紋，以便檢查。 （ 4） 膠管的管接頭軸線，應(yīng)盡量放置在運(yùn)動(dòng)的平面內(nèi)，避免兩端互相運(yùn)動(dòng)時(shí)膠管收扭。 （ 5） 膠管應(yīng)避免與機(jī)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(qiáng)度的計(jì)算 銷的類型可根據(jù)工作要求選定，用于聯(lián)結(jié)的銷，其直徑可根據(jù)聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按經(jīng)驗(yàn)確定，必要時(shí)再作強(qiáng)度較核。 定位銷通常不受載荷或只受很小的載荷，數(shù)目不能少于兩個(gè)。銷在每一個(gè)被聯(lián)結(jié)的件內(nèi)的長(zhǎng)度約為銷直徑的 12 倍，定 位銷的材料通常選 3 45 鋼，并進(jìn)行硬化處理，根據(jù)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(yīng)裝在銷子受壓的一面，要在裝配圖上表示出槽口的方向。 設(shè)計(jì)安全銷時(shí)，應(yīng)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(yīng)按銷的抗剪強(qiáng)度τ b進(jìn)行計(jì)算 ，一般可取τ b =（ ）σ b。 根據(jù)本設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，選擇 45 鋼 d=16mm 的圓柱銷。 材料： 45 號(hào)鋼 機(jī)械性能： σ s=36000N/cm2 σ b=61000N/ cm2 [σ ]= σ s/=24000N/ cm2 （ 1） 外加負(fù)荷 P=π D2P/4=Π 162200/4=40192N （ 2） 各支點(diǎn)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(diǎn)彎矩如圖 MA=MB=0 MC=18FA= （ 4） 按彎曲強(qiáng)度計(jì)算 從圖 的彎矩圖可知危險(xiǎn)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(yīng)力σ W σ W=MC/W=36172/=11609 N/ cm2 安全系數(shù) n n=[σ ]/ σ W=24000/11609= 安全 （ 5） 按剪切強(qiáng)度計(jì)算 由于此銷為雙剪切 故剪力 Q=P/2=20216N 剪應(yīng)力τ = Q/F=20216X4/ =1791 N/ cm2 安全系數(shù) n=[τ ]/ τ =8150/1791= 安全 式中： [τ ]— 許用剪應(yīng)力 [τ ]=8150 N/ cm2 （ 6） 按擠壓強(qiáng)度計(jì)算 擠壓應(yīng)力σ JY=P/FJY=4019/=1046 N/ cm2 安全系數(shù) n= [σ JY] /σ JY=5100/1046= 安全 式中： [σ JY]— 擠壓 剪應(yīng)力 [σ JY]=5100 N/ cm2 綜上所敘連桿小頭銷子直徑為 19mm 滿足強(qiáng)度要求。 第四章 泥漿泵零件的加工工藝 經(jīng)過(guò) 計(jì)算 和幾次方案論證，考慮到工作現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，從實(shí)際實(shí)用的角度出發(fā)，確定方案如下： 考慮到多種場(chǎng)合的野外作業(yè)，動(dòng)力選擇電機(jī)； 1. 考慮到密封件容易損壞，需經(jīng)常更換，選擇新型的密封材料聚四氟乙烯，可延長(zhǎng)使用壽命； 2. 考慮到泵體容易損壞，選用高強(qiáng)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(zhǎng)柱塞使用壽命。 4. 在滿足上述要求的同時(shí)，盡量 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適合于搬運(yùn)。盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，系列化。 偏心輪的加工 三個(gè)偏心輪工作由一個(gè)直軸聯(lián)接成一體，三個(gè)偏心輪的空間位置各相差 120186。次偏心輪結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸、同軸度、垂直度要求非常嚴(yán)格， 各裝配尺寸上粗糙度的要求也很高這些技術(shù)要求給加工增加了難度。 胎具的設(shè)計(jì)提出 ： 根據(jù)偏心輪的結(jié)構(gòu)，偏心部分內(nèi)孔與外圓部分壁薄厚不均，個(gè)各尺寸精度較高的特點(diǎn)，設(shè)想能用一種機(jī)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(zhǔn)定位，通過(guò)實(shí)際操作，能夠滿足設(shè) 計(jì)要求。 胎具兩側(cè)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(zhǔn)備，材料 ZG35CrMo，鑄后應(yīng)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(nèi)部質(zhì)量，然后進(jìn)行調(diào)質(zhì)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(jìn)行穩(wěn)定化處理，使零件的組織更穩(wěn)定 ，并進(jìn)一步消除材料及加工應(yīng)力。 半精車 ：用 立車車成在半精車時(shí)需加工一刀，以備找正用；通過(guò)劃線利用小鉆將過(guò)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(guān)端面找正，端面跳動(dòng)在 內(nèi) ，修研裝夾面，將零件向下裝入胎內(nèi)，檢查零件與卡盤回轉(zhuǎn)中心同軸度達(dá)到Φ 的圖紙要求，用沉頭螺釘將零件與胎具把牢，內(nèi)孔按圖紙要求磨好；劃出偏心十字找正線，上胎；按相關(guān)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(shí)檢查偏心距 100mm 實(shí)際尺寸，并微調(diào)偏心，各面均留 ，其余各部達(dá)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(nèi)孔找正，磨外圈達(dá)到圖紙要求，拆下零件，將胎具掉個(gè)，按偏心十字線對(duì)應(yīng)找正，卡牢，磨偏心外圓尺寸達(dá)到圖紙要求。 其余工序：由鉗工取出毛刺，倒角。 注意事項(xiàng) ： 因?yàn)榱慵糜趥鲃?dòng)，是關(guān)鍵件，它的使用壽命關(guān)系到整個(gè)泥漿泵的壽命，在選材上要選用優(yōu)質(zhì)合金鑄鋼，熱處理手段至關(guān)重要，每一道工序都應(yīng)仔細(xì)，認(rèn)真操作 。 整個(gè)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(xì)檢查，每一步都要?jiǎng)澋木?、?zhǔn) 。 胎具在使用時(shí)，每一步都應(yīng)該精修裝卡面，每一步都要嚴(yán)格執(zhí)行，認(rèn)真修研，否則將會(huì)影響整個(gè)零件的精度 。 偏心距交大時(shí)，立車，立磨的切削速度不宜過(guò)高，否則應(yīng)考慮用配重塊平衡，以確保尺寸精度 。 成產(chǎn)實(shí)踐證明，使用這種方法加工的偏心輪能夠滿足設(shè)計(jì)及使用要求，采用簡(jiǎn)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(jiǎn)單，易于操作。 泵頭體處理工藝 按國(guó)內(nèi)機(jī)械工程技術(shù)界的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，對(duì)泵頭體的處理工藝作了 調(diào)質(zhì)處理的規(guī)定．認(rèn)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(guò)調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)態(tài)工藝． 按照“ 調(diào)質(zhì)態(tài) ” 工藝生產(chǎn)了兩個(gè)泵頭體，在通過(guò)臺(tái)架試驗(yàn)后，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)． 其 中 一個(gè) 累計(jì)連續(xù)運(yùn)行 434h，泵頭體交變腔出現(xiàn)裂紋失效，其它機(jī)件運(yùn)行正常． 另一個(gè) 累計(jì)連續(xù)運(yùn)行 289h， T 作壓力為 35． 9MPa，泵頭體交變腔上部開裂失效，其它機(jī)件運(yùn)轉(zhuǎn)正常． “質(zhì)態(tài) ”工藝的泵頭服投壽命未達(dá)到要求． 我國(guó)近幾年來(lái)斷裂力學(xué)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(shí)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(jī)械性能 上，也有顯著不同．這樣就可以通過(guò)改變工藝條件，控制馬氏體的形