工厂式中心气泵站设计

1、参考其他同学格式1封面，摘要（可以中英文），目录，正文，参考文献2内容不，有自己的设计少，完全摘录也不说明,是抄袭,是不道德的学术行为,是不允许的,会出问题.3结合机械零件设计，体会如何进行设计工作，把液压设计整理一下4如果不想做，就告诉我，我就按现在的情况给一个分可以给优工厂式中心气泵站设计学 校： 河北科技大学 学 院： 机械工程学院 专业班级：车辆工程专业101班 姓 名： 李欣 学 号： 指导教师： 段鸿杰 完成日期： 2012年11月17日 目录1.设计要求31.1气泵工作原理31.2气动技术的优缺点32.工厂式中心气泵站52.1中心式气泵站的布置52.2压缩空气站的设备组成及布置5

2、2.3有关结构的设计63.气动元件的设计83.1空气压缩机83.2压缩机的工作原理93.3空气压缩机的有关计算113.4气动辅助元件153.5.循环时间的确定194.参考文献191.设计要求本设计要求设计工厂中心式气泵站，即在工厂中为车间中各种设备提供动力的大型气泵。工厂中心式气泵站相比较普通的气泵，对提供动力、储能、传输性能等方面都有一定的要求。本文以工厂动力设施为背景，设计出符合中心式气泵要求的气泵站。并通过对其辅助设施的选用，设计出实用的气泵。总体气泵站可有多个空气压缩机等气源设备。1.1气泵工作原理气泵的工作原理是：发动机通过两根三角带驱动气泵曲轴，从而驱动活塞进行打气，打出的气体通过

3、管线导入储气筒。另一方面储气筒又通过一根气管线将储气筒内的气体导入固定在气泵上的调压阀内，从而控制储气筒内的气压。当储气筒内的气压未达到调压阀调定的压力时，从储气筒内进入调压阀的气体不能顶开调压阀阀门；当储气筒内的气压达到调压阀调定的压力时，从储气筒内进入调压阀的气体顶开调压阀阀门，进入气泵内与调压阀相通的气道，并通过气道控制气泵的进气口常开，从而使气泵空负荷运转，达到减少动力损耗，保护气泵的目的。当储气筒内的气压因损耗而低于调压阀调定的压力时，调压阀内的阀门由回位弹簧将其回位，断开气泵的控制气路，气泵又重新开始打气。1.2气动技术的优缺点气动技术是一种传动与控制技术,与其他技术相比,其特点如

4、下:1.2.1优点（1）及其结构简单、轻便，便于安装维护；压力等级低，使用安全。（2）工作介质是在地表随处可取得空气；若采用将润滑油实现密封的无给油系统，排气会变得相当清洁，且在大多数场合，排气可无需处理直接进入大气。（3）能容易得到直线往复运动，并且有相当的功率，速度变化范围广，即可实现高速驱动，也可实现低速驱动。一般气缸的平均运动速度为50500mm/s，最低可到0.51mm/s，用于高压气动中最高可达100m/s。（4）利用空气的可压缩性，可存储能量，实现集中供气。可在短时间内释放能量，已得到间歇运动中的高速响应和大冲击力。可实现缓冲，对冲击负载喝过负载有较强的适应能力，使气动装置在一定

5、条件下有自保护能力。（5）全气动控制具有防火、防爆、耐潮的能力，与液压方式和电器方式相比，启动方式可在高温场合中应用。（6）由于空气流动损失小，压缩空气可集中供应，远距离输送。1.2.2.缺点（1）由于空气的可压缩性，气缸的动作速度易受负载变化的影响。（2）气缸输出力比液压缸小。气动技术由于上述特征，在生产控制及自控控制领域得到广泛应用。近来，在计算机集成制造的大趋势引导之下，气动装置更多的应用在控制复杂动作的清洁机器，以及生物工程领域中。2.工厂式中心气泵站2.1中心式气泵站的布置图表 1 工厂中心式气泵站位置设计注：由于工厂中会有粉尘、腐蚀性气体，有时对周围温度、湿度要求较高，所以把气泵站

6、设置在室内。2.2压缩空气站的设备组成及布置气压传动系统是以空气压缩机作为气源装置,一般规定:（1）当空气压缩机的排气量小于6m3/min 时，直接安装在主机旁。（2）当排气量大于或者等于6m3/min 时，就应独立设置压缩空气站，作为整个工厂或车间的统一气源。一般压缩空气站的设备组成和布置示意图如下图表 2 一般压缩空气站的设备组成和布置示意图压缩空气站的设备一般包括产生压缩空气的空气压缩机和净化压缩空气的辅助设备。2.3有关结构的设计2.3.1回路压力的确定往复式二级压力的压缩机压力上限为2.03.0Mpa。回路压力的确定表 1气源压力与回路压力（单位为Mpa）循环时间的确定表2 时间延迟

7、因素决定回路的控制方式以继电器电气回路为主的顺序控制是较常用的启动系统控制方式，可通过电磁阀将电信号输出变为气压输出。它易为工厂电气技术人员掌握和使用维修，由于继电器性能和寿命的提高，常在工厂中得到可靠应用。2.3.2设计控制回路当外部输入人力启动信号后，逻辑控制线路及那个发出执行信号，他命令执行元件进行进一步动作，执行元件在其形成终端触发气动行程阀或电动行程开关，发出气的或电的形成信号，将它输入逻辑线路，经运算后发出第二个执行信号，接着产生第二步动作整个系统将按方框原理图循环下去。因此，它是一个闭环控制系统。工作中，只要前一部动作完成后，才能进行后一部动作，这种控制阀具有连锁作用，能使各执行

8、元件按顺序依次动作，因而工作时安全可靠。故，工厂中心式气泵站选择形成程序控制回路。图表 3 形成程序控制方框图、工厂中应用的气动控制回路图表 4 六角车床气动控制回路工厂气泵站总体设计需求量确定（1）工作压力为p=0.6Mpa。（2）气缸往复运动时间：推出ts=1.1s，缩回ts=0.9s。（3）气缸行程：L=210mm。（4）负载工作力：w=1350N。（5）工作运动时的摩擦因数：。（6）活塞往复次数：10次/分。（7）管道长度：2m。3.气动元件的设计3.1空气压缩机空气压缩机分类气压传动系统中的气源装置为气动系统提供满足一定质量要求的压缩空气，它是气压传动系统的重要组成部分。由空气压缩机

9、产生的压缩空气，必须经过降温、净化、减压、稳压等一系列处理后，才能供给控制元件和执行元件使用。而用过的压缩空气排向大气时，会产生噪声，应采取措施，降低噪声，改善劳动条件和环境质量。空气压缩机是气动系统的动力源，是气压传动的心脏部分，它是把电动机输出的机械能转换成气体压力能的能量转换装置。按压缩级数分类单级压缩机 气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩两级压缩机 气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩多级压缩机 气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几 级压缩机按工作原理分类容积式压缩机 直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。速

10、度式压缩机 它首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机也称为速度式压缩机。3.2压缩机的工作原理吸气过程：螺杆式进气侧的吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口的自由空气相通，因在排气时齿沟的空气被全数排出，排气完了时，齿沟乃处于真空状态，当转到进气口时，外界空气即被吸入 ，沿轴向流入主副转子的齿沟内。

11、当空气充满整个齿沟时，转子的进气侧端面转离了机壳的进气口，在齿沟间的空气即被封闭，以上为，进气过程。封闭及输送过程：主副两转子在吸气终了时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内封闭不再外流，即封闭过程。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动，此即输送过程。压缩及喷油过程：在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内的气体逐渐被压缩，压力提高，此即压缩过程。而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与空气混合。排气过程： 当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体压力最高）被压缩的气体开始排出，直至齿峰与齿沟的

12、啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口的齿沟空间为零，即完成（排气过程），在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又在进行。在各种不同结构形式的压缩机中，工厂中支持完成一般机械的运动和转动，支撑和射流等作用，宜选用输出各种压力及中小流量的压缩机，故选用活塞式空气压缩机。活塞式压缩机适用的压力范围广，从低压到高压均可使用；排气量小于100m3/min时，损失小，热效率高于回转式；排气量范围广且不受压力高低的影响，适应性较强；机器零部件多于普通金属材料制定，工艺要求不太高；外形尺寸、重量大，结构复杂，维修量大；排气有脉动；排气中含有润滑油。下图即单级活塞式空气压

13、缩机的工作原理图。图表 5 单级活塞式空气压缩机 曲柄由原动机带动旋转，从而驱动活塞在缸体内作往复运动。当活塞向右运动时，气缸内容积增大而形成部分真空，外界空气在大气压力下推开吸气阀而进入气缸中；当活塞反向运动时，吸气阀关闭，随着活塞的左移，缸内空气受到压缩而是压力升高，当压力增值足够高时排气阀打开，气体被排除。并经排气管输送到储气罐中。去并旋转一周，活塞往复形成一次，即完成一个工作循环。下图为两级活塞式空气压缩机图表 6 两级活塞式空气压缩机单级活塞式压缩机的排气压力0.7 Mpa，两级活塞式压缩机排气压力1.0Mpa。排气量一般在100m3/min以下。工厂中选用多级活塞式空气压缩机，以满

14、足较大排气压力时的需要。而对于中心式气泵站，只需要一个空气压缩机即可满足需求，故设置成卧式，卧式压缩机的气缸轴线与地面平行，并位于曲轴一侧，见下图：图表 7 卧式空气压缩机气缸在水平视线上，观察、操作、拆装及维修均较方便，机房课件的较低。由于这种形式的压缩机多为两列，故运转不见不多，机身、曲轴等也较简单。3.3空气压缩机的有关计算3.3.1工作压力工厂中各个车间气泵用途为吹铁削，装卡等。一般用中压即可，选用0.7-1Mpa。这里选择0.9Mpa。压力比预想的使用压力高0.10.2Mpa，这是因为从压缩机到气动设备间有供气管道、阀门和气源处理设备，其压力损失和漏气时必须考虑的。3.3.2空气压缩

15、机的选择（1）耗气量计算选择应根据气动系数的平均耗气量选择压缩机的容量，已知气缸每分钟动作次数，求出气缸和管路中消耗的气量：式中，q总耗气量（L/min）; L气缸行程（mm）;l气缸和换向阀间的管道总长（mm）; N气缸每分钟动作往复次数； K泄漏次数，一般去1.21.5。故，故可由，从压缩机系列产品中选择相应型号的压缩机。（2）决定压缩机的排气量它以工厂平均耗气量为基准，在考虑管道泄漏及备用裕量，故排气量为：式中，q工厂平均耗气量（L/min）。则，压缩机的排气量要比气动设备所需的自由空气量有20%左右的裕量储备。表 3为空气压缩机有关排气压力，排气量的类型（3）空气压缩机功率的选定小型的

16、，有如下几种机床：普通车床，功率7.5kw；数控车床，功率12.2kw；立式升降台铣床，功率5.5kw；摇臂钻床，功率4kw。则一个车间用30kw功率左右。四个车间大概用120kw左右。按活塞式压缩机的排气量V和消耗功率P，活塞式压缩机可分为：故，可选用中型空气压缩机。气缸的设计计算气缸负载的确定由式计算，缸径的确定当气缸工作在向上推送工件时，取负载率则故选择气缸内经为，并带缓冲结构的类型。最大流量计算式中，D气缸内经mm；Vmax气缸最大运动速度mm/s;L管道长度mm；P1工作压力105pa；do管道内经mm。故，由Q1+Q2即可按标准生产的产品样本中选择内径为8mm的三联件，其出口压力在

17、0.4Mpa时流量为425L/min。3.3.3气缸规格参数（1）缸径缸径的标准系列尺寸为：8、10、12、16、20、25、32、40、50、63、80、100、125、160、200、250、320、400等。（2）行程气缸活塞行程系列按照优先次序分为三个等级顺序选用。第一优先系列为25、50、80、100、125、200、250、320、400、500、630、800、1000、1250、1600、2000、2500、3200、4000。表 4工程行程允差（mm）注：（3）活塞杆外径常用中小型活塞杆外径见下表（4）活塞杆螺纹常用活塞杆螺纹见下表表5常用中小型气缸尺寸参数3.4气动辅助元件

18、气动辅助元件分为气源净化装置和其它辅助元件两大类。气源净化装置3.4.1储气罐储气罐的作用1) 储存一定数量的压缩空气，以备发生故障或临时需要应急使用； 2) 消除由于空气压缩机断续排气而对系统引起的压力脉动，保证输出气流的连续性和平稳性；3) 进一步分离压缩空气中的油、水等杂质。储气罐的设计计算工厂的瞬间最大耗气量和平均耗气量之间存在较大差距，如空气压缩机按最大耗气量选用是很不经济的，一般以平均耗气量为基准选用。为了瞬间能向车间气动装置提供最大用量的压缩空气，就绪设置缓冲储气罐，其容积可采用下列计算式： 式中V储气罐容积（L）;Qmax工厂最大耗气量（L/min）;Q压缩机排量（L/min）;t最大耗气量使用时间（min）; p气罐允许的压力降（Mpa）。依据前文计算，Qmax=446L/min,Q=293L/min, p=0.4Mpa,t=10s.则工厂流量变化较大，储气罐的容积与空气压缩机额定流量及工作压力的关系从图 储气罐容积与空气压缩机流量计工作压力的关系查得，其计算公式如下：式中，V流量变化较大时，为保持工作压力所必需的气罐容积