实验用软管泵及其实验设计

2017-01-19  来自: 威海丰泰新材料科技股份有限公司 浏览次数:1624

实验用软管泵及其实验设计

        近年来, 我国从北到南在高速公路、堤坝护坡及大面 积草坪种植上广泛应用了草坪喷浆播种技术, 而且普及迅 速, 喷播配料及喷植机械也由进口转为国产化[1] 。目前所 用的客土喷播机, 其喷浆泵是软管挤压泵, 软管泵结构 简单, 制造容易, 有很多优点[2] 。软管泵不但用于客土喷 播机, 而且广泛应用于化工、冶炼、矿山、医药、石油、水 处理、食品、采矿、建筑、建材、陶瓷和造纸等行业, 这些行 业对输送过程有稳定、均衡、无泄露等特殊要求[3] 。软管泵 在运行中, 其软管交替受到滚轮与浆料的挤压力和摩 擦力作用以及浆料的冲击作用, 会很快损坏, 而重新更 换软管价格昂贵[4] 。因此, 研究软管失效机理以改善软 管泵结构, 提高软管的使用寿命并降低运行成本是非 常有实际意义的。

软管泵简介

1.1 软管泵工作原理

软管泵的工作原理如图 1 所示。

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软管泵主要由泵 体、中心架、挤压滚轮及胶管组成。其工作原理是当电 动机通过减速器驱动中心架旋转时, 中心架上的挤压 滚轮沿着软管旋转, 滚轮与泵体之间产生的挤压力将 软管压扁。在滚轮后面, 软管在自身弹性的强制下恢复 原状, 产生真空吸入物料; 而在滚轮前面, 软管中的物 料在滚轮的机械挤压下从管内排出。这样不断地往复 完成一个工作循环。

1.2 影响软管失效的因素

软管主要失效形式有两种[5] : ①正常失效, 即疲劳 性破坏和摩擦磨损; ②非正常失效, 即撕裂性破坏和突 发性爆破[6] 。影响软管正常失效的可能因素如下: 挤压滚轮形状、数量、直径、转速、对软管挤压力、回转中心直径、软管的内径和外径等。

2 实验用软管泵设计

根据理论研究, 影响软管失效的因素除软管本身 的材料和结构外, 还与软管泵结构有很大的关系, 实验 软管泵就是为了研究这些因素对软管磨损影响程度而 设计的。实验软管泵的设计要求是对软管磨损的影响 因素能够作适当的调整, 如能改变挤压轮的数量、直 径, 能改变中心架的转速, 能对不同软管作磨损实验, 能改变压轮对软管的挤压力等。 如图 2 所示, 实验软管泵与工业软管泵工作原理 相同, 为了研究各因素对软管的影响, 对挤压轮、导向 复位轮、中心架和卡口作可调设计, 其实验设计如下。

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2.1 可调挤压轮

为了研究挤压轮对软管磨损的影响, 对同直径的软管使用不同直径的挤压轮, 并改变输送液体中固体 颗粒的大小, 测试软管在不同情况下的有效工作时间。 更换挤压轮时挤压轮所受的力较大, 为确保其结构牢 固可靠, 压轮支承轴应有足够的尺寸。经计算, 实验软 管泵设计软管直径为φ60mm, 挤压轮直径为φ30~ 80mm。

2.2 变径卡口 实验中需要改变软管的直径, 为了便于软管与外 接测试管路的连接, 需要不同直径的卡口使得软管与 管路连接紧密, 不能有任何泄漏。根据实验所需软管的 不同直径, 该实验软管泵所设计的变径卡口能满足实 验的需要, 并且更换容易, 操作简单。

2.3 可调中心架和可调导向复位轮

实验中对不同挤压轮作磨损测试时, 为了能使挤 压轮紧紧压住软管, 需要改变中心架的长度。实验软管 泵的中心架由两部分组成, 其前端部分支撑挤压轮, 且 可以方便更换不同直径的挤压轮, 末端插入中心架支 撑部分, 用四个螺栓固定。实验时, 根据不同软管的壁 厚及挤压轮直径的大小, 先调整好中心架的长度, 然后 装上软管进行实验。 可调导向复位轮是为了保证不同直径的软管在实 验过程不偏离挤压中心而设计的, 其操作简单。 由于在更换挤压轮时需要取下中心架, 因此中心 架与转轴之间的连接要时常拆卸。中心架与转轴之间 同时使用花键和销连接, 花键连接传递扭矩, 与中心架 之间采用过渡配合, 便于拆卸; 销连接是为了保证中心 架在轴向方向上的位置, 以确保压轮对软管的正确挤压。为了改变挤压轮的数量, 需要更换有三个支撑的中心架, 其连接、配合尺寸与有两个支撑的中心架相同, 以便前端支撑压轮部分可以通用, 减少部件, 降低实验 成本。转轴与无级变速电机相连, 可以改变转速和转向 ( 以上部分图 2 均未表示) 。

3 实验方案设计

3.1 实验目的

本次实验研究的目的是分析对软管磨损的各影响 因素对软管磨损大小的相关性, 根据结论优化软管泵 的结构, 在满足实际工作需要的情况下, 以提高软管的 使用寿命, 降低运行成本, 提高工作效率。在此基础上拟制订软管泵设计标准。

3.2 实验原理

软管泵用于客土喷播作业中, 软管失效表现为喷 射混和液的力度不足, 达不到需要的喷播高度, 即软管 泵出口压力达不到喷播所需要的压力。根据实际情况, 实验中确定软管失效的标准为: 软管泵开始工作时所 能达到的压力为 P, 工作一段时间后, 由于软管的磨损, 其出口压力将会下降, 当其下降到一定程度后便不能 满足实际工作需要。根据经验, 当出口压力下降到 20% P 时, 作业效率明显降低, 基本上不能满足工作需要, 此 时即视为软管失效。其工作时间的长短可以衡量软管 泵及软管的性能, 因此软管泵出口需要安装检测压力 和流量等的仪器。实验辅助设备还包括料箱、搅拌装置 和连接管路。

3.3 实验步骤

按图 3 连接好实验设备。先启动料箱上的电机, 使 得混和液搅拌均匀; 闭合软管泵电机, 调节其转速为 30r/min, 检查管路连接部分, 确保无泄漏; 调节限压阀, 使软管泵出口压力达到接近压力 P 并开始计时, 当出口压力下降到 20%P 时, 记录时间 。断开软管泵电 机, 更换同类型、同直径的软管, 并更换压轮的直径, 调 节中心架, 使得压轮能紧密压住软管, 再次进行实验, 记录时间 。在不改变转速和压轮数量的情况下, 更换软 管和压轮的直径, 按表 1 填写数据, 其中软管的直径为 d1、d2、d3, 压轮的直径为 D1、D2、D3。更换有三个支撑的中 心架, 按表 2 进行实验并填写实验数据。

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软管泵的软管采用特殊橡胶制成, 外层是耐磨及 耐油性能好的丁腈橡胶( NBR) , 内层是耐腐蚀耐 磨性 能良好的橡胶( NR) , 中间层则由 4 层线绳按平衡 角( 54°44′) 呈螺旋状交互缠绕而成, 且有良好的耐曲挠 性和耐疲劳破坏性能。软管在压轮不同速度的交替挤 压力下会产生疲劳破坏, 橡胶老化速度快慢不同, 因此软管失效快慢也不一样。挤压速度快, 软管疲劳、老化 就快, 同时所做的功也多。为了研究软管磨损与转速之 间的关系进行如下实验, 选择不同转速 V1、V2、V3, 记录 软管在失效前所做的功, 即记录流量 Q 和消耗的时间t, 填入表 3。

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3.4 数据处理

对表 1、2、3 中的数据进行方差分析和回归分析, 计算 d、D、V 和压轮数目与软管磨损失效时间 t 的相关性, 并进行显著性检验。

4 结束语

实验用软管泵及其实验设计能较好地检验影响软 管正常失效的理论, 其实验结果将进一步促进理论研究的发展。

参考文献:

[ 1] 于凤芝. 草坪喷播绿化技术[ J] . 草原与草坪, 2002,( 1) .

[ 2] 黎冬翠. 软管泵在磷肥生产中的应用 [ J] . 磷肥与复肥, 2002, ( 11) .

[ 3] 孙明政, 李 勇, 韩向军. KP 系列软管泵的应用[ J] . 有色矿山, 2001, 30( 5) .

[ 4] 陈景卓, 姚立红, 等. 绿化用客土喷播机软管泵的理论研究展望 [ J] . 林业机械与木工设备, 2006,( 2) .

[ 5] 姚立红, 王乃康, 等. 道路绿化用客土喷播机软管泵失效影响因 素的研究[ C] . 可持续发展的中国交通——2005 博士生学 术 论 坛( 交 通 运 输 工 程 学 科) 论 文 集, 中 国 铁 道 出 版 社, 2005, ( 7) .

[ 6] 朱晓宇. 软管泵软管失效分析与预防[ J] . 有色设备, 1998,( 5) . 作者简介: 周小超( 1982-) , 安徽省无为县人, 北京林 业大学工学院在读硕士, 研究方向为营林与园林机械。

      摘自周小超, 姚立红, 王乃康, 陈景卓 ( 北京林业大学, 北京 100083)《实验用软管泵及其实验设计》


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