【正文】 致謝 4參考文獻(xiàn) 43第一章 緒 論第一章 緒 論 選題意義氣動閘閥從八十年代進(jìn)入我國。按設(shè)計(jì)參數(shù)確定結(jié)構(gòu)，進(jìn)行方案論證，工作原理受力分析，強(qiáng)度計(jì)算，穩(wěn)定性校核，材料選擇，測繪總裝備圖和手動機(jī)構(gòu)裝配圖和氣缸及閥門的全部零件圖（用Auto CAD繪制）。本設(shè)計(jì)是以楔式彈性單閘板閘閥為設(shè)計(jì)對象，主要介紹了閘閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和手動氣動轉(zhuǎn)換裝置的特點(diǎn)，以及其工作原理。閥門可用于控制水、蒸汽、油品、氣體、泥漿、各種腐蝕性介質(zhì)、液態(tài)金屬和放射性流體等各種類型流體的流動，閥門的工作壓力可從0. 013MPa到1000MPa的超高壓，工作溫度從269℃的超低溫到1430℃的高溫。用于流體控制的閥門，從最簡單的截止閘閥到復(fù)雜的自控系統(tǒng)中所用的各種閥門，其品種和規(guī)格繁多，閥門的公稱通徑從極微小的儀表閥大至通徑達(dá)到10m的工業(yè)管路用閥。閘閥是使用范圍很廣的一種閥門，一般口徑DN≥50mm的切斷裝置都選用它，有時(shí)口徑很小的切斷裝置也選用閘閥。閥門設(shè)計(jì)整個(gè)過程包括這樣幾個(gè)步驟。首先對工作環(huán)境進(jìn)行確定，選擇合適的方案，對設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行受力分析；然后根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)和推薦尺寸來確定實(shí)際尺寸；最后對強(qiáng)度進(jìn)行校核，繪制閥門工程圖。發(fā)展到了城市的污水處理，從一般的工業(yè)管道發(fā)展到了食品、衛(wèi)生、醫(yī)藥等專業(yè)管道系統(tǒng)。因此對電動閥門這一重要的工業(yè)用機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行有效的改造，提高其智能化程度，使其控制過程計(jì)算機(jī)化、通訊功能數(shù)字化、故障診斷處理智能化、檢測遠(yuǎn)程化，都有著非常重要的意義[2]。目前在閥門可靠性研究領(lǐng)域密封問題、振動噪聲問題和可靠性試驗(yàn)問題是人們關(guān)注的焦點(diǎn)也是難點(diǎn)。國外閥門的科研特點(diǎn)如下:(1)試驗(yàn)研究與新產(chǎn)品開發(fā)密切結(jié)合。(5)重視閥門基礎(chǔ)理論的研究工作。這些閥門行業(yè)和專業(yè)組織，都是為了提高生產(chǎn)技術(shù)和對外競爭的需要而建立起來的。閥門是隨著流體管路的產(chǎn)生而產(chǎn)生的。這些都是閥門的雛形。國內(nèi)最早引進(jìn)國外閥門生產(chǎn)技術(shù)的公司不多，后引進(jìn)國外生產(chǎn)技術(shù)，使得國內(nèi)閥門生產(chǎn)技術(shù)突破，質(zhì)量提高，壽命加長[8]。2009年112月，全國累計(jì)生產(chǎn)閥門4,583,，%；2010年112月，我國閥門產(chǎn)量累計(jì)為5,390,；2011年112月，我國閥門的產(chǎn)量為5,958,；2012年14月我國閥門產(chǎn)量達(dá)2,041,。尤其是幾項(xiàng)世紀(jì)工程“西氣東輸”、“西電東送”、“南水北調(diào)”等項(xiàng)目的開工需要大量的閥門產(chǎn)品配套；另外，我國正面臨著工業(yè)化時(shí)代的到來，石化行業(yè)、電力部門、冶金部門、化工行業(yè)和城市建設(shè)等使用閥門大戶將增強(qiáng)對閥門產(chǎn)品的需求[13]。雙層氣缸和緩沖機(jī)構(gòu)的工作原理，按閘板工作的四個(gè)階段分述如下：圖21 雙層氣缸和緩沖機(jī)構(gòu)的工作原理圖 工作狀況（1） 工作狀況（2）開閥初始階段工作力=2P 開閥終了階段工作力P 工作狀況（1） 工作狀況（2）開閥初始階段工作力=2P 開閥終了階段工作力P氣動閘閥開啟前階段：上層氣缸的活塞（以下稱為上活塞）和下層氣缸的活塞（以下稱為下活塞）同時(shí)受力，閥桿在上、下活塞的推動下，以單活塞近二倍的提升力，克服閘板密封面和閥體密封面之間的最大靜摩擦力，帶動閘板上升。氣動閘閥開啟的后階段：在上活塞的推動下，閘板離開全開位置，開始下降。由電磁閥及其控制電路或供風(fēng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，不需其他輔助工具，即可迅速轉(zhuǎn)換成手動操作狀態(tài)，保證線路正常運(yùn)行，避免事故發(fā)生。因此，使用本閥可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、集中控制和自動控制。圖21 氣動手動楔式閘閥結(jié)構(gòu)示意圖33第三章 閥門的設(shè)計(jì)與計(jì)算第三章 閥門的設(shè)計(jì)與計(jì)算 閥體的設(shè)計(jì)與計(jì)算閥體是閥門的重要結(jié)構(gòu)要素，是連接管道的重要部件。閥體的主要功能：作為工作介質(zhì)的流體通道；承受工作介質(zhì)的壓力、溫度、沖蝕和腐蝕；在閥體內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)空間，設(shè)置閥座以及容納啟閉件，閥桿等零件；在閥體端部設(shè)置法蘭連接結(jié)構(gòu)，滿足閥門與管道系統(tǒng)的安裝要求；承受閥門啟閉載荷和在安裝使用過程中，因溫度變化、震動、流體沖擊等影響產(chǎn)生的附加載荷；安裝過程中作為閥門總裝配的基礎(chǔ)。目前，我國有關(guān)部門正在對新材料進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)研究工作，如新的鋼種、工程塑料和新的密封面堆焊材料等，這些材料的出現(xiàn)無疑亦給閥門制造業(yè)創(chuàng)新提供了條件。 閥體的結(jié)構(gòu)形式和制造方法由閘閥的公稱壓力PN=，公稱通徑DN=300mm，通常情況閥體在結(jié)構(gòu)允許的條件下使用圓形中腔，圓形中腔較之其他形狀的中腔受力較好。材料為Q345R標(biāo)準(zhǔn)號GB713，其結(jié)構(gòu)及尺寸查P36~、：圖311 整體法蘭 表311 整體法蘭 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算1 閥座密封面的設(shè)計(jì)與計(jì)算1）閥座密封面內(nèi)徑和寬度的選取閥座密封面內(nèi)徑，對于堆焊的密封面，由于堆焊工藝的要求，一般取比內(nèi)徑大4~5mm；對于非堆焊的密封面，去與閥座內(nèi)徑相等。故取閥座密封面寬度bM=10mm。這是在介質(zhì)靜壓力小于密封力時(shí)所必須采取的強(qiáng)制密封的一種，也是通常采用的一種。按理說，一個(gè)閥體的計(jì)算要根據(jù)它的形狀和尺寸一部分一部分地單獨(dú)進(jìn)行，但實(shí)際應(yīng)用上并不需要這樣做，因?yàn)榉珠_計(jì)算比較復(fù)雜，并且一個(gè)閥體中通常亦不取幾個(gè)不同的壁厚。所以最后取 中法蘭的設(shè)計(jì)與計(jì)算1. 中腔尺寸DN確定閘閥閥體中法蘭是指閥體與閥蓋連接的法蘭，這樣的連接形式在閥門上是十分普遍的。2. 中法蘭墊片尺寸和材料的選擇由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P1224選擇墊片(二)，材料為X5200，尺寸由《閥門設(shè)計(jì)》P124確定如下：墊片系數(shù) 內(nèi)徑d=360，外徑D=430，厚度t=3比壓 。6. 中法蘭的強(qiáng)度計(jì)算圖314 中法蘭尺寸由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P1059查得中法蘭強(qiáng)度校驗(yàn)公式如下：斷面拉應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。關(guān)閉閥門時(shí)，往往容易過于用力。考慮到以上三點(diǎn)，為了保證閘閥密封面能夠與整個(gè)閥座密封面接觸，就必須去bM39。閘板密封面平均直徑應(yīng)取得與閥座密封面平均直徑相等，這樣便于得出閘板密封面內(nèi)徑。正確的設(shè)計(jì)應(yīng)使閘板密封面邊緣(最低點(diǎn))與閥座密封面下緣重合。閘板與閥座的密封面磨損后，閘板的關(guān)閉位置下移至二者的密封面上緣(最高點(diǎn))對齊時(shí)，即為極限位置，這是尚能使兩者密封面全面積接觸，當(dāng)兩者密封面繼續(xù)磨損下移，則認(rèn)為兩者不能保證密封，認(rèn)定此閥門損廢。=。所以閘板強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。所以， 2. 開啟時(shí)楔式閘板作用于閥桿的力由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P1028表587得關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力計(jì)算公式如下： 式中 KK4—由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P681表331查得 K3=、K4= QP、QT—同關(guān)閉時(shí)。由于閥桿的軸向力通過螺母凸肩作用在支架上，此處設(shè)有推力軸承，所以軸承與支架產(chǎn)生的摩擦力矩并不作用在閥桿上。2. 閥桿的強(qiáng)度計(jì)算閥桿開啟時(shí)閥桿的強(qiáng)度計(jì)算開啟時(shí)閥桿的受載情況如上圖所示上閥桿的危險(xiǎn)截面為螺紋退刀槽出，因此此處的橫截面最小，因該校核此處拉應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和合成應(yīng)力。綜上，閥桿的強(qiáng)度是合格的。所以，位=。3. 下閥桿的穩(wěn)定性校核下閥桿是一端活塞通過螺母固定，屬固定端，端部與T型槽以鉸鏈連接，同上閥桿，閥桿的細(xì)長比(即柔度)按下式計(jì)算： 式中 lF—閥桿計(jì)算長度，對于升降桿是從上端閥桿螺母螺紋全高中點(diǎn)至閥桿下端面的距離，lF=； 長度系數(shù)，與支撐形式有關(guān)，對于具有中間支撐，查《閥門設(shè)計(jì)》P153得。圖333 開孔閥蓋閘閥的閥蓋一般設(shè)計(jì)成帶開口的閥蓋，為了設(shè)計(jì)填料函，保證中腔的密封，閥蓋的橢圓形中部即為開孔處安裝上密封座。 填料壓蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算1. 填料選擇及填料函尺寸的確定填料箱孔的直徑與閥桿直徑和填料寬度有關(guān)，而填料寬度bT(mm)，通常在(1~)dF的范圍內(nèi)選取，結(jié)構(gòu)尺寸參照《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》。圖343 填料墊填料函尺寸的確定由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P1294查得填料函部分尺寸，如圖下：圖344 填料函部分尺寸其中 D=58 d0=16 C= A=120 r=16 B=44 b=22 Z≥72. 填料壓蓋的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核a. 填料壓蓋填料壓蓋也不完全是標(biāo)準(zhǔn)件，它也是一方面參照《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》中的尺寸，一方面考慮實(shí)際確定的，填料壓蓋的結(jié)構(gòu)形式和尺寸如下：圖345 填料壓蓋 填料壓蓋的材料選為2Cr13。ⅡⅡ斷面的彎曲應(yīng)力為 式中 —ⅡⅡ斷面彎曲力矩， —ⅡⅡ斷面的斷面系數(shù)，所以 ，即，ⅡⅡ斷面校驗(yàn)合格。4. 銷的選擇與校核銷是活節(jié)螺栓與填料函的連接部件，材料選為35鋼，結(jié)構(gòu)尺寸由《機(jī)械課程設(shè)計(jì)手冊》P54查得如下：采用圓柱銷B型，d=10，l=44銷的校核：銷所受到的剪應(yīng)力為： 為35鋼的許用剪應(yīng)力，由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P607查得為120MPa；所以，銷的校核合格。根據(jù)《O型密封圈》相關(guān)規(guī)定，初步確定氣缸內(nèi)徑為460mm。(2) 有介質(zhì)時(shí)：實(shí)際產(chǎn)生的軸向力同無介質(zhì)時(shí)， 因?yàn)橛薪橘|(zhì)作用，則 所以， 可見。單向推力球軸承必須根據(jù)軸承的工作能力系數(shù)來選擇。 閥桿螺母的校核閥桿及閥桿螺母通常采用單頭標(biāo)準(zhǔn)梯形螺紋，這里閥桿螺母也作為開合螺母，是用來實(shí)現(xiàn)手動和氣動切換的。 Fy—單牙螺紋受擠壓面積；由《實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊》P668查得，F(xiàn)J=，W=；P671查得鋁黃銅的 所以 故螺紋表面的擠壓應(yīng)力滿足強(qiáng)度要求。 上活塞與T型槽接頭連接螺栓的校核這個(gè)部位螺栓主要承受手動開啟的最大軸向力，對此螺栓應(yīng)校核抗拉強(qiáng)度。再此設(shè)計(jì)時(shí)，零部件的尺寸不是完全由計(jì)算確定的，還要考慮其結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟(jì)性以及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等要求。展望由于密封面容易破損，所以在在金屬密封閘閥基礎(chǔ)上，近些年來開發(fā)了橡膠軟密封閘閥，其特點(diǎn)是：(1)閥體底部無凹處，流體通過截面呈直線狀，不易堆積和夾雜異物。(5)閥門可在全開通水的同時(shí)更換密封材料和O型圈。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。值此論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的導(dǎo)師致以衷心