【正文】 須整體加熱，這是由于 20～ 50％ 的壓應力來自高溫未硬化的心部，從硬化表面向內(nèi)收縮的結(jié)果． 經(jīng)過“薄殼硬化 處理的零件表面壓應力經(jīng) X 射線測定一般達 980M Pa 以上，這是十分 可觀的數(shù)值．造成如此巨大的壓應力可用工件淬火時熱應力反向和組 織應力反向不同于一般熱處理來解釋。在單個晶粒內(nèi)裂紋的成長，要容 易得多，因為它涉及的范性流變是沿單組滑移而進行的． 但是裂紋穿過一個晶粒也通常要求沿另一組滑移面的范性流變，這組滑移面不一定和已經(jīng)達到間界的裂紋一樣處于對所加載荷那樣有利的方向．因此，在一定意義上，晶粒間界可能披視為裂紋的阻止者，如果已有一些裂紋起始，則細小晶粒意味著有更多的裂紋阻止者和更短的裂紋長度。 當鄰近晶粒的屈服強度相繼被超過時，較細晶粒也影響著相鄰晶粒相互范性約柬的數(shù)量。斷續(xù)的幾何性質(zhì)，基體與質(zhì)點問界面的剝離或者第二相質(zhì) 點自身的破裂，都可以引起局部應變． 因 此鋼的純度嚴重地影確著疲勞強度 ． 圖 2 所示為疲勞壽命與央雜含量的關(guān)系曲線． 可以看到，夾雜含量增加時，疲勞壽命顯 著降低。鋼的純度的作用在低應力 (高壽命 )疲勞中比高應力 (低壽命 )疲勞中太得多。但是不同的材料，不同的熱處理狀態(tài)以及其它許多外在因素，對疲勞裂紋 的亞 臨 界擴張均產(chǎn)生影響。疲勞裂紋的亞臨界擴張速率da/dN ，以及最后斷裂的臨界尺寸 ac 來決定． 如圖 1 所示． 影響泵頭體服役壽命的主要因素 斷裂力學的研究成果表昵在裂紋體中，裂紋尖端應力場的強度可用裂紋尖端的應力強度因子 K 來描述。 斷裂：外加載荷不變，隨著裂紋的亞臨界擴張，裂紋長度不斷增長，裂紋尖端的應力強度因子 K 值不斷增加．當裂紋的長度達到某一 臨界裂紋尺寸 az，裂紋尖端的應力強度因子 K 值便達到該材料在疲勞條件 下的斷裂韌性 Ktc 泵頭裂紋快速 “ 失穩(wěn)擴張 ” ，泵頭發(fā)生最后斷裂。原始材料細小缺陷程度不同，孕育期 的長短有著較大差異。 泵頭體的疲勞破壞經(jīng)歷三個階段，即孕育期、裂紋擴張期和最后斷 裂 。 當然，這種應力較低的突然脆斷的原因與泵頭體內(nèi)部存在的缺陷密切相關(guān)。 根據(jù)三維有限元計算，裂紋源處峰值應力為 235MPa,應力脈動最大幅度為147MPa。用三維有限元 程序，先后在 M 一 160 和 SIBER 機上進行計算。 泵頭體的失效過程 斷裂有兩種類 型，一種是韌性斷裂，即機件在受載過程中，經(jīng)歷彈性變形、塑性變形后 斷裂；另一種類型是脆性斷裂，即機件受載發(fā)生彈性變形，但不顯示宏觀塑性變形，或宏觀塑性變形很小就發(fā)生斷裂． 兩種斷裂類型比較起來，后一種危險性更大 ，因為脆斷往往是突然 發(fā)生，事先很難 覺察。通過熱處理在工件表面或亞表面產(chǎn)生高的壓應力，使工件表 面形成均勻、完全的馬氏體薄殼，又稱為“薄殼硬化 ” 處理。按照旨在提高疲勞壽命的工藝方案生產(chǎn)泵頭體取得了明顯的實效。另一個在現(xiàn)場試驗，工作壓力為 37． 4～ 40． 1MPa,累計連續(xù)運轉(zhuǎn) 1418h 無故障。泵頭體的連續(xù)開 裂，提醒我們對旨在以提高強度為中心的技術(shù)思路進行反思 ，提出一個旨在提高疲勞壽命的工藝方案，稱為 “ 化學熱處理 ” 工藝。 在半年多的時間內(nèi)，先后裂了 4 個泵頭。采用 “淬火態(tài)” 工藝生產(chǎn)了 2 個泵頭體，其中一個累計在現(xiàn)場連續(xù)運轉(zhuǎn) 245h，工作 壓力為 38． 3MPa，在交變腔下部開裂，其它機件運轉(zhuǎn)正常。 成產(chǎn)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。 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 。 注意事項 ： 因為零件用于傳動，是關(guān)鍵件，它的使用壽命關(guān)系到整個泥漿泵的壽命，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，每一道工序都應仔細，認真操作 。 A:用 立車上胎；按相關(guān)端面找正，端面跳動在 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，半精車時檢查偏心距 100mm 實際尺寸，并微調(diào)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(nèi)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。 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(nèi)部質(zhì)量，然后進行調(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。 胎具兩側(cè)孔偏心距要求與偏心輪相同，偏心距為 100177。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。盡量做到標準化，通用化，系列化。 第四章 泥漿泵零件的加工工藝 經(jīng)過 計算 和幾次方案論證，考慮到工作現(xiàn)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(jīng)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。 根據(jù)本設計的實際情況，選擇 45 鋼 d=16mm 的圓柱銷。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。銷在每一個被聯(lián)結(jié)的件內(nèi)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(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，其槽口位置不應裝在銷子受壓的一面，要在裝配圖上表示出槽口的方向。 連桿十字頭連接處銷子強度的計算 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)特點按經(jīng)驗確定，必要時再作強度較核。 （ 4） 膠管的管接頭軸線，應盡量放置在運動的平面內(nèi)，避免兩端互相運動時膠管收扭。因此，膠管安裝時應避免處于拉 緊狀態(tài)。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(guān)外半徑的兩倍。 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(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。 由以上數(shù)據(jù)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。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(zhì)量。 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。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(chǎn)生沖擊力。 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。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(jīng)閥隙的液體量大于由液缸內(nèi)排出的液體量。 泵工作時，閥盤作間歇運動。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。 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。 2)選用直通式泵頭。隨著所用吸人管線的形式不同，這種損失可能 加大或減小。 經(jīng)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(shù)小于 0 . 34 m/s2 時，能夠確保鉆井泵自吸性能良好。 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。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，將會提高泵動力端齒輪、軸承等零部件的使用壽命。活塞失效的主要原因是擠傷和磨損，由于活塞平均速度與沖次成正比，當沖次降低后，活塞往復運動的速度減慢，活塞與缸套之間的摩擦功耗產(chǎn)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。降低沖次可延長易損件的使用壽命。沖次高則不能充分發(fā)揮三缸單作用泵的效能，因此，對沖次的選定將決定鉆井泵的性能可靠性、使用性和經(jīng)濟性。 (1)泵的額定沖次 n 鉆井泵的沖次 n 是泵的主要參數(shù)之一。 3. 1 泵主要參數(shù)的合理選擇 泵的性能取決于泵技術(shù)參數(shù)的合理匹配。這些參數(shù)與有關(guān)壽命之間的關(guān)系是指數(shù)函數(shù)。運用高速高壓噴射鉆井工藝即是這一趨向的必然選擇。合理降低泵的沖次，適當增加泵的沖程長度，既滿足鉆井過程中的排量要求，又能確保泵的自吸性能，充分發(fā)揮了泵的效能，成為今后鉆井泵設計的發(fā)展方向。因此， .泥漿 泵的發(fā)展趨勢是 :①降低額定沖數(shù)，由 150 沖 /min 降到 110 一 120 沖 /min,②長沖程，最大沖程已達 300mm以上。運用大排量高壓噴射鉆井工藝即是這一趨向的必然選 擇。 根據(jù)以上的敘述和有關(guān)計算，決定選擇 Y315M14 型三 向異步電動機，其功率為 132Kw，轉(zhuǎn)速為 1490r/min，重量為 1100Kg. 此系列的電動機的主要特點： 1 啟動轉(zhuǎn)矩高、啟動電流小，效率較高，損耗少，運行可靠，運行溫度低； 2 由于其結(jié)構(gòu)型式為封閉式，因此可以在塵土飛揚、水土飛濺的環(huán)境中使用，在比較潮濕及有輕微腐蝕性氣體的環(huán)境中也能有較長的使用壽命。 一般的， Y系列是供一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機，具有效率高、性能好、噪音低、振動小、體積小、重量輕、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。 電機的選擇還要根據(jù)某些參數(shù)才能確定最終的電機型號計算過程如下： 由已知參數(shù)可知 P=4Mpa. 而根據(jù)公式 F=AP 可得， F=4 610 =113354N 其中 F—— 主軸所受的軸向力 A—— 運動活塞的截面積 P—— 作用在軸上的最大壓力 由以上便可得主軸的轉(zhuǎn)矩 T： T=Fr=113354 80 310? = 根據(jù)公式， P= 20MP?? ，可得 P= 9068 20 ?? =16270 3cm /r 其中 p—— 為排量； M —— 為轉(zhuǎn)矩 ； P—— 為最大壓力； 又由 Q=1000pr ，可得軸的轉(zhuǎn)速 r= 1000Qp?， r= 1917 100016270? =117r/min； 其中 Q—— 為流量（ L/min）； P—— 為排量（ 3cm /r）； 最終根據(jù)以上所求的參數(shù)，可根據(jù)公式 T=9550 pn 求得軸的輸出功率 P= 9550Tn = 9068 1179550? =111Kw； 取每級齒輪的傳動效率為 ，帶的傳動效率為 。 然而， 由于 泥漿泵的工作環(huán)境和條件惡劣，工作于高濕度、高粉塵的環(huán) 境。 隨著石化裝置技術(shù)水平及經(jīng)濟性的提高，采用反轉(zhuǎn)離心泵或液力透平作為泵的輔助或主要原動機，以回收壓力液流的可用能量；