【正文】 致謝 4參考文獻 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入我國。按設計參數(shù)確定結(jié)構(gòu)，進行方案論證，工作原理受力分析，強度計算，穩(wěn)定性校核，材料選擇，測繪總裝備圖和手動機構(gòu)裝配圖和氣缸及閥門的全部零件圖（用Auto CAD繪制）。本設計是以楔式彈性單閘板閘閥為設計對象，主要介紹了閘閥的結(jié)構(gòu)特點和手動氣動轉(zhuǎn)換裝置的特點，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，有時口徑很小的切斷裝置也選用閘閥。閥門設計整個過程包括這樣幾個步驟。首先對工作環(huán)境進行確定，選擇合適的方案，對設計的零件進行受力分析；然后根據(jù)國家標準和推薦尺寸來確定實際尺寸；最后對強度進行校核，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)用機械產(chǎn)品進行有效的改造，提高其智能化程度，使其控制過程計算機化、通訊功能數(shù)字化、故障診斷處理智能化、檢測遠程化，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問題是人們關(guān)注的焦點也是難點。國外閥門的科研特點如下:(1)試驗研究與新產(chǎn)品開發(fā)密切結(jié)合。(5)重視閥門基礎理論的研究工作。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)最早引進國外閥門生產(chǎn)技術(shù)的公司不多，后引進國外生產(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，全國累計生產(chǎn)閥門4,583,，%；2010年112月，我國閥門產(chǎn)量累計為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2,041,。尤其是幾項世紀工程“西氣東輸”、“西電東送”、“南水北調(diào)”等項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)和城市建設等使用閥門大戶將增強對閥門產(chǎn)品的需求[13]。雙層氣缸和緩沖機構(gòu)的工作原理，按閘板工作的四個階段分述如下：圖21 雙層氣缸和緩沖機構(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系統(tǒng)發(fā)生故障時，不需其他輔助工具，即可迅速轉(zhuǎn)換成手動操作狀態(tài)，保證線路正常運行，避免事故發(fā)生。因此，使用本閥可以實現(xiàn)遠距離控制、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 閥門的設計與計算第三章 閥門的設計與計算 閥體的設計與計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)成一個空間，設置閥座以及容納啟閉件，閥桿等零件；在閥體端部設置法蘭連接結(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。目前，我國有關(guān)部門正在對新材料進行大量的實驗研究工作，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標準號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)設計與計算1 閥座密封面的設計與計算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所必須采取的強制密封的一種，也是通常采用的一種。按理說，一個閥體的計算要根據(jù)它的形狀和尺寸一部分一部分地單獨進行，但實際應用上并不需要這樣做，因為分開計算比較復雜，并且一個閥體中通常亦不取幾個不同的壁厚。所以最后取 中法蘭的設計與計算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《實用閥門設計手冊》P1224選擇墊片(二)，材料為X5200，尺寸由《閥門設計》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. 中法蘭的強度計算圖314 中法蘭尺寸由《實用閥門設計手冊》P1059查得中法蘭強度校驗公式如下：斷面拉應力滿足強度要求。關(guān)閉閥門時，往往容易過于用力。考慮到以上三點，為了保證閘閥密封面能夠與整個閥座密封面接觸，就必須去bM39。閘板密封面平均直徑應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。正確的設計應使閘板密封面邊緣(最低點)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)對齊時，即為極限位置，這是尚能使兩者密封面全面積接觸，當兩者密封面繼續(xù)磨損下移，則認為兩者不能保證密封，認定此閥門損廢。=。所以閘板強度滿足設計要求。所以， 2. 開啟時楔式閘板作用于閥桿的力由《實用閥門設計手冊》P1028表587得關(guān)閉時閥桿總軸向力計算公式如下： 式中 KK4—由《實用閥門設計手冊》P681表331查得 K3=、K4= QP、QT—同關(guān)閉時。由于閥桿的軸向力通過螺母凸肩作用在支架上，此處設有推力軸承，所以軸承與支架產(chǎn)生的摩擦力矩并不作用在閥桿上。2. 閥桿的強度計算閥桿開啟時閥桿的強度計算開啟時閥桿的受載情況如上圖所示上閥桿的危險截面為螺紋退刀槽出，因此此處的橫截面最小，因該校核此處拉應力、扭轉(zhuǎn)應力和合成應力。綜上，閥桿的強度是合格的。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，閥桿的細長比(即柔度)按下式計算： 式中 lF—閥桿計算長度，對于升降桿是從上端閥桿螺母螺紋全高中點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《閥門設計》P153得。圖333 開孔閥蓋閘閥的閥蓋一般設計成帶開口的閥蓋，為了設計填料函，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。 填料壓蓋的設計與計算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《實用閥門設計手冊》。圖343 填料墊填料函尺寸的確定由《實用閥門設計手冊》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. 填料壓蓋的設計與強度校核a. 填料壓蓋填料壓蓋也不完全是標準件，它也是一方面參照《實用閥門設計手冊》中的尺寸，一方面考慮實際確定的，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《機械課程設計手冊》P54查得如下：采用圓柱銷B型，d=10，l=44銷的校核：銷所受到的剪應力為： 為35鋼的許用剪應力，由《實用閥門設計手冊》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：實際產(chǎn)生的軸向力同無介質(zhì)時， 因為有介質(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準梯形螺紋，這里閥桿螺母也作為開合螺母，是用來實現(xiàn)手動和氣動切換的。 Fy—單牙螺紋受擠壓面積；由《實用閥門設計手冊》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力滿足強度要求。 上活塞與T型槽接頭連接螺栓的校核這個部位螺栓主要承受手動開啟的最大軸向力，對此螺栓應校核抗拉強度。再此設計時，零部件的尺寸不是完全由計算確定的，還要考慮其結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟性以及標準化、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上，近些年來開發(fā)了橡膠軟密封閘閥，其特點是：(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，無論在學習上、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，謹向尊敬的導師致以衷心