防扭鋼絲繩保養(yǎng)系統(tǒng)——高壓水清洗及浸油裝置設(shè)計(jì)

1、1 前 言1.1 選題背景及意義1.1.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)清洗鋼絲繩的方法一直是沿用銅絲刷或者鋼絲刷，輔助以清洗劑（柴油或汽油）完全用人工來(lái)清洗。這種原始方法，不但清洗效率低、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、污染環(huán)境、清洗過(guò)程中還存在嚴(yán)重的安全隱患等弊端。清洗一直是工業(yè)領(lǐng)域中極不可缺少的一個(gè)重要工程項(xiàng)目，而多年來(lái)我國(guó)的清洗業(yè)一直處于化學(xué)和手工為主進(jìn)行清洗的落后狀態(tài)?；瘜W(xué)清洗不但腐蝕性大，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，而且成本高、效率低，并危害操作人員的健康。北京科技大學(xué)開(kāi)發(fā)總公司高壓水射流研究所依靠學(xué)?？萍既瞬偶屑跋冗M(jìn)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，深入地研究水射流理論，經(jīng)過(guò)十幾年的苦心鉆研，終于開(kāi)發(fā)出高壓水射流清洗機(jī)，填補(bǔ)

2、了國(guó)內(nèi)這一領(lǐng)域的空白，為我國(guó)工業(yè)清洗的現(xiàn)代化及數(shù)控化發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。高壓水射流清洗技術(shù)是近二十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新技術(shù)，在采礦、冶金、石油、電力、制糖、市政等行業(yè)清洗積垢方面得到廣泛的應(yīng)用。發(fā)達(dá)國(guó)家，高壓水射流清洗占工業(yè)清洗總量的70%80%。在我國(guó)起步較晚，但是發(fā)展速度很快，而油脂行業(yè)高壓水射流清洗剛剛起步。在各種清洗作業(yè)中，水射流清洗技術(shù)較之其它方式因具有明顯的諸多優(yōu)點(diǎn)而受到青睞。國(guó)外高壓水清洗業(yè)非常發(fā)達(dá)，專(zhuān)業(yè)化的高壓水清洗裝置制造廠和專(zhuān)業(yè)化清洗公司很多。如美國(guó)的AQUA-DYNE、NLB、FLOW公司、德國(guó)的WOMA、URACA、HAMMELMANN公司及英國(guó)的HARBEN公司等1。

3、1.1.2 選題的目的及意義隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電網(wǎng)的發(fā)展非常迅速，為確保這些線路的正常安全運(yùn)行，每年輸電線路損壞導(dǎo)電線需檢修更換，大量的線路技改基建工程需施工放線。所使用的數(shù)十萬(wàn)米的各種規(guī)格的大張力放線用防繞鋼絲繩反復(fù)使用，大量積污、銹蝕及損傷。根據(jù)安全規(guī)定要求，為防止鋼絲繩斷裂造成人員傷害、交通中斷、和停電等事故發(fā)生。各類(lèi)施工用鋼絲繩每年應(yīng)定期進(jìn)行清洗，徹底清除鋼絲繩上的結(jié)垢、泥土、雜草及附著物而不損傷鋼絲繩本體，并在這個(gè)基礎(chǔ)上對(duì)鋼絲繩進(jìn)行熱浸油保養(yǎng)。由于清洗介質(zhì)為水，一般不會(huì)產(chǎn)生污染，有利于環(huán)境保護(hù)；高壓水噴頭和執(zhí)行機(jī)構(gòu)可根據(jù)架設(shè)電網(wǎng)用到的鋼絲繩的最大直徑而設(shè)計(jì)，清洗效率高、質(zhì)量好

4、，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，安全可靠。另外，在清洗干凈鋼絲繩后對(duì)其進(jìn)行熱浸油可以達(dá)到保養(yǎng)的理想效果。熱浸油時(shí)，鋼絲繩在熱油中運(yùn)動(dòng)可以使熱潤(rùn)滑油充分浸入鋼絲繩內(nèi)部，使鋼絲繩得到全面保養(yǎng)潤(rùn)滑。目前鋼絲繩潤(rùn)滑的幾種方式：手工潤(rùn)滑、氣動(dòng)自動(dòng)潤(rùn)滑器、鋼絲繩內(nèi)部潤(rùn)滑；考慮鋼絲繩熱浸泡、清洗、熱浸油的一次性作業(yè)，采用鋼絲繩從熱浸油箱中運(yùn)動(dòng)浸油的方式簡(jiǎn)單可靠。架設(shè)電網(wǎng)的鋼絲繩使用環(huán)境非常惡劣，由于腐蝕、清洗和潤(rùn)滑不良等問(wèn)題，達(dá)不到規(guī)定的使用壽命。因此鋼絲繩應(yīng)定期進(jìn)行清洗潤(rùn)滑檢查，并將檢查結(jié)果做好記錄。良好的清洗潤(rùn)滑不僅可以有效彌補(bǔ)鋼絲繩出廠潤(rùn)滑存在的先天不足，而且有利于延長(zhǎng)其使用壽命。1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容在電網(wǎng)鋪設(shè)

5、中所用到的鋼絲繩，由于使用環(huán)境比較惡劣，導(dǎo)致鋼絲繩本體上夾雜著雜草、污垢、泥土等垢漬；這極大地縮短了鋼絲繩的使用壽命?，F(xiàn)在維護(hù)鋼絲繩的措施一般是直接浸油，這樣鋼絲繩上的垢漬得不到有效解決，針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)鋼絲繩的清洗成為浸油前的有效前提。高壓水清洗具有清洗效率高，清洗效果好，清洗介質(zhì)是水對(duì)環(huán)境無(wú)污染，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便，安全可靠。經(jīng)過(guò)清洗后浸油的鋼絲繩得到很好的維護(hù)和保養(yǎng)，對(duì)其第二次的使用的安全性得到很大程度上的提高。1.2.1 工作原理經(jīng)過(guò)高溫水浸泡過(guò)的鋼絲繩，從浸泡水池出來(lái)進(jìn)入清洗水箱，穿過(guò)多噴嘴合一噴頭出清洗箱體；電機(jī)帶動(dòng)高壓水泵轉(zhuǎn)動(dòng)從水箱抽水、加壓到達(dá)噴頭實(shí)現(xiàn)高壓清洗。清洗后的污水經(jīng)

6、過(guò)沉淀泥沙結(jié)構(gòu)流回儲(chǔ)水箱，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。為清洗前做準(zhǔn)備的是對(duì)鋼絲繩進(jìn)行高溫浸泡，要求浸泡時(shí)間為1分鐘，由于鋼絲繩盤(pán)體積大直徑達(dá)到150cm，如果對(duì)其進(jìn)行整體高溫浸泡，占據(jù)的浸泡空間比較大，需要的水也比較多，這樣既浪費(fèi)空間又浪費(fèi)能量，因此不能將鋼絲繩盤(pán)整體進(jìn)行浸泡；只有將其從鋼絲繩上纏繞下來(lái)經(jīng)過(guò)浸泡箱進(jìn)入清洗箱，因此就要使鋼絲繩在浸泡箱內(nèi)走過(guò)的時(shí)間大于等于1分鐘，這就需要纏繞滑輪組，使鋼絲繩在浸泡箱內(nèi)多走幾個(gè)來(lái)回。鋼絲繩在滑輪組上的纏繞方法又是關(guān)鍵的問(wèn)題。用于高壓水射流設(shè)備的高壓往復(fù)泵主要有立式泵和臥式泵。它們具有共同的特點(diǎn), 隨壓力變化流量基本保持不變, 技術(shù)參數(shù)之間的匹配使之能適用于高壓、大

7、功率工作場(chǎng)合,需要安全、調(diào)壓、溢流等。臥式高壓往復(fù)泵以其運(yùn)行平穩(wěn)、拆裝方便、便于觀察為主要優(yōu)點(diǎn)而廣為應(yīng)用。雖然它占地面積大,但對(duì)高壓設(shè)備運(yùn)行可靠性是第一位的。它的傳動(dòng)端與與立式泵基本一致，所不同的是柱塞呈水平布置。另外, 高壓水射流設(shè)備用泵工況還不同于連續(xù)運(yùn)行的流程泵, 加之隨著技術(shù)水平的提高, 泵的高速化使其外形尺寸大為減小。動(dòng)力的提供靠的是電動(dòng)機(jī)，其與高壓水泵相連，帶動(dòng)高壓水泵工作，來(lái)增加水的壓力，高壓水經(jīng)過(guò)高壓軟管到達(dá)噴頭。設(shè)計(jì)中有如下參數(shù)要求： 1）浸泡時(shí)間1分鐘；2）鋼絲繩速度15002000米/小時(shí)；3）要求浸泡后采用高壓水噴清洗及空氣吹干，清洗結(jié)構(gòu)可變范圍： 直徑15mm90mm

8、；4）熱浸油油溫控制在100110之間；5）熱浸油時(shí)間1分鐘。1.3 設(shè)計(jì)方案在鋼絲繩的清洗過(guò)程中，鋼絲繩首先要從鋼絲繩盤(pán)上放下，進(jìn)入熱浸泡箱體中，為滿(mǎn)足浸泡時(shí)間在1分鐘以上的要求，鋼絲繩在浸泡箱中的纏繞行走方式是很重要的，浸泡完進(jìn)入高壓水清洗箱體中在這里通過(guò)清洗箱體中的高壓噴頭噴出的高壓水將鋼絲繩上的垢漬一并清洗掉，然后走出清洗箱體，進(jìn)行吹干，進(jìn)入熱浸油的箱體內(nèi)，水浸泡和熱浸油中鋼絲繩的纏繞行走方式采用相同的設(shè)計(jì)思想，箱體采用保溫措施。1.3.1 鋼絲繩纏繞方案在浸泡箱體內(nèi)，兩根軸是平行的滑輪組在軸上是自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，滑輪上有凹槽且兩個(gè)軸上的凹槽是相互錯(cuò)開(kāi)的?？梢詫?shí)現(xiàn)多次纏繞以延長(zhǎng)鋼絲繩在箱體內(nèi)

9、的行走時(shí)間，滿(mǎn)足熱浸泡時(shí)間1分鐘以上，使鋼絲繩得到充分浸泡。鋼絲繩纏繞輪槽底部直徑最小按600mm計(jì)算。在清洗前的熱水浸泡箱內(nèi)和清洗后的熱油浸泡箱內(nèi)都采用這種鋼絲繩滑輪組的纏繞方式。鋼絲繩在滑輪組的纏繞示意圖如圖1.1。圖1.1 鋼絲繩纏繞示意圖1.3.2 高壓水清洗方案對(duì)不同直徑（15mm90mm）的架設(shè)電網(wǎng)用的防扭鋼絲繩進(jìn)行使用后的高壓水噴清洗，以實(shí)現(xiàn)除去附著在鋼絲繩上的各種污垢，為后續(xù)的對(duì)鋼絲繩進(jìn)行的熱浸油的工作做好準(zhǔn)備。主要由水箱、三合一噴嘴組合的噴頭、電動(dòng)機(jī)、高壓水泵（選用的是臥式三柱塞往復(fù)泵）、高壓膠管等組成。箱體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，清洗箱體和水箱是上下一體的，上面為清洗箱體，下面為過(guò)濾箱體

10、，底部為沉淀泥沙和除沙結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)利用。1.3.3 噴頭布置方案鋼絲繩從熱浸泡箱體出來(lái)進(jìn)入清洗箱體后，直接穿過(guò)高壓水清洗噴頭；為了滿(mǎn)足對(duì)鋼絲繩的全面沖刷，設(shè)計(jì)4個(gè)噴頭座，呈90分布，為了降低相對(duì)噴嘴噴射高壓水的壓力減弱作用，圓周上的相鄰噴嘴的位置相互錯(cuò)開(kāi)。噴頭的布置結(jié)構(gòu)圖如圖1.2所示。圖1.2 噴頭布置結(jié)構(gòu)圖2 高壓水清洗裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算2.1 動(dòng)力裝置選擇2.1.1 水泵的參數(shù)確定泵壓的大小對(duì)清洗效果有著直接影響, 它主要與附著層能否被有效破壞有關(guān)。壓力小了不能將附著層去掉, 壓力大了就可能破壞基體, 而且也使能量損耗加大。因此要根據(jù)被清洗附著層及其粘附強(qiáng)度、清洗方式進(jìn)行綜合考慮。對(duì)粘

11、彈性附著層(瀝青、氯化橡膠、潤(rùn)滑脂) , 因這種附著層性能近似極粘的液體, 所以輕微的加載就會(huì)引起不可逆的變形, 并且準(zhǔn)靜態(tài)加載足以使基體與附著層分離。因此清洗時(shí)無(wú)需多大壓力。泵流量選擇得恰當(dāng)與否將影響到清洗速度的快慢, 從而對(duì)清洗效率產(chǎn)生影響。因此在選擇清洗設(shè)備時(shí), 泵的壓力與流量的合理選擇與匹配是很重要的2。對(duì)于只需要清除鋼絲繩表面的油泥污垢和輕度浮銹的高壓水射流清洗系統(tǒng)中壓力和流量的確定,可以參考現(xiàn)在清洗車(chē)輛表面油泥污垢用的清洗參數(shù),因?yàn)槎叩那逑磳?duì)象都是表面的油泥污垢,而且采用現(xiàn)在的參數(shù)洗車(chē)時(shí)清洗效果良好?，F(xiàn)在高壓水射流洗車(chē)壓力一般都在46MPa之間,單個(gè)噴嘴的流量一般在1040L/m

12、in之間,在此參數(shù)范圍內(nèi),射流壓力超過(guò)了垢物破壞的門(mén)限壓力,而且在最佳性?xún)r(jià)比范圍內(nèi)3。由于鋼絲繩清洗還要清洗表面上一些輕度浮銹,可以將系統(tǒng)壓力提高到20MPa,單個(gè)噴嘴流量選取23L/min。清洗箱體內(nèi)設(shè)計(jì)4個(gè)噴頭座，每個(gè)噴頭座上3個(gè)噴頭，因此，每個(gè)噴頭座的流量計(jì)算如下：Q=nQ1=323=69Lmin (2.1)因此，單個(gè)系統(tǒng)的流量選取Q=70L/min，壓力選取P=20MPa。根據(jù)壓力和流量這兩個(gè)參數(shù)，查詢(xún)表3.1選取出高壓水泵的型號(hào)HDP-404。表3.1 德國(guó)Hammelmann GmbH2.1.2 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)選定的高壓水泵的壓力P泵=20MPa，流量Q泵=70L/min=4.2

13、m3/h，電動(dòng)機(jī)的效率選取=0.7；依據(jù)這些數(shù)據(jù)算得驅(qū)動(dòng)高壓水泵的電動(dòng)機(jī)功率如下：N泵=P泵Q泵=201067010-3600.733.3KW (2.2)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)根據(jù)計(jì)算的電動(dòng)機(jī)功率選取電機(jī)型號(hào)：Y2-225S-4；電動(dòng)機(jī)功率為37KW，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速1475r/min5。2.2 高壓水管的選擇嘴中噴出的實(shí)際壓力等于高壓泵出口壓力減去高壓水在高壓膠管中的壓力損失。在以往的清洗過(guò)程中,人們往往忽視了對(duì)高壓膠管的選擇,認(rèn)為在膠管中高壓水的壓力損失不大,對(duì)清洗效果不會(huì)產(chǎn)生多大的影響。而事實(shí)并非如此,高壓膠管管路中的總壓力損失hw為沿程損失hf與所有管件局部損失hj之和,即：hw=hf+hj (2.

14、3)hf=lv22gnd0 (2.4)hj=v22gn (2.5)式中 沿程阻力系數(shù)；局部阻力系數(shù)；d0管徑,mm；l管長(zhǎng),mm；v流體速度,m/s；gn重力加速度,m/s2。為便于應(yīng)用,可將其變?yōu)椋篽w=8lQ泵22gnd05 (2.6)由式(2.6)可知，對(duì)總壓力損失hw影響最大的是膠管直徑d0，其次是泵的流量Q泵，然后就是膠管的管長(zhǎng)l。當(dāng)Q泵、l一定時(shí)，hw是隨d0的5次方變化的；當(dāng)d0、l一定時(shí),hw是隨Q泵的平方變化的；而當(dāng)d0、Q泵一定時(shí)，hw是隨l的一次方變化的。hw與膠管內(nèi)流速v的平方成正比，即流速越大，總壓力損失hw越大。然而，在一般機(jī)動(dòng)往復(fù)泵設(shè)計(jì)時(shí)由于機(jī)組外形尺寸與膠管規(guī)格

15、的限制，膠管內(nèi)的流速往往要取大值。兼顧這兩方面的影響，建議一般清洗機(jī)的流量在10200 L/min之間，則膠管直徑在6 25 mm就可以滿(mǎn)足這一流速要求。另外，在滿(mǎn)足使用的情況下，膠管總長(zhǎng)度盡量壓縮，一般不超過(guò)30 m，而單根膠管應(yīng)取較長(zhǎng)規(guī)格以減少接頭數(shù)量，單根長(zhǎng)度一般應(yīng)大于5 m，總壓力損失范圍在5%15%2。根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)值，取Re=16002000求得：=80Re=0.05 (2.7)選取高壓水管的管長(zhǎng)l=15m=15000mm，管徑d0=20mm；因此，高壓膠管管路中的總壓力損失：hw=8lQ泵22gnd05=80.0515000702210205100%=9.3% (2.8)由此，算得

16、的總壓力損失值在5%15%之間符合這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值范圍。2.3 噴頭的設(shè)計(jì)計(jì)算2.3.1 噴嘴的尺寸計(jì)算1. 噴嘴的直徑確定高壓清洗機(jī)的噴嘴作用是將液體的流動(dòng)加速形成高速的水流。根據(jù)伯努利方程：Z1+p1r+v122g=Z2+p2r+v222g (2.9)式中，Z單位重量液體從某一基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢(shì)能（簡(jiǎn)稱(chēng)位能）；p/r單位重量流體對(duì)壓力為大氣壓的流體來(lái)說(shuō)所具有的壓力勢(shì)能（簡(jiǎn)稱(chēng)壓能）；v2/2g代表單位重量流體所具有的動(dòng)能。根據(jù)伯努里方程，如圖2.1所示，兩個(gè)斷面之間：圖2.1 高壓水清洗噴嘴示意圖Z1=Z2 (2.10)pr0 (2.11)為了簡(jiǎn)化計(jì)算, v12/2g為高壓管中的動(dòng)能省略，得

17、：p1r=v222g (2.12)v2=2gp1r (2.13)v2=Q14d2n (2.14)d=4Qn2gp1r (2.15)換算成國(guó)際單位制后的計(jì)算公式為：d=5.7Qnp1 (2.16)式中d噴嘴孔徑，單位為mm；Q泵的流量，單位為m3/h；n孔數(shù)；p1泵的壓力，單位為MPa6。根據(jù)公式(2.16)計(jì)算得出噴嘴的孔徑：d=5.7Qnp1=5.74.23203.2mm (2.17)2. 噴嘴導(dǎo)向段長(zhǎng)度確定為減少?lài)娮炷芰繐p失可從以下幾個(gè)方面著手：（1）高壓水從噴嘴入口處的圓錐段嚴(yán)格按13設(shè)計(jì)，圓柱段長(zhǎng)度為噴嘴直徑的2.5倍。（2）噴嘴出口處不得有倒角和圓弧, 避免射流發(fā)散, 影響射流流束噴

18、射質(zhì)量。（3）噴嘴孔水流斷面變化不得過(guò)大, 拐彎、急流不得過(guò)多, 且死角要圓滑過(guò)渡。（4）內(nèi)孔表面要有很高光潔度, 粗糙度選為1.6有條件時(shí)按0.4設(shè)計(jì)與制造7。故計(jì)算得出噴嘴圓柱導(dǎo)向段長(zhǎng)度：l0=2.5d=2.53.2=8mm (2.18)2.3.2 噴嘴的參數(shù)計(jì)算1. 靶距的確定計(jì)算靶距也是高壓水射流清洗的一個(gè)重要參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明,無(wú)論是附著層的還是基體的破碎量與靶距的關(guān)系都有一個(gè)最大值，即存在所謂的最佳靶距。最佳靶距就是射流對(duì)清洗表面的打擊力最大時(shí)的靶距；經(jīng)過(guò)測(cè)試和數(shù)學(xué)分析可得出最大打擊力Fmax與最佳靶距Lopt有如下關(guān)系：Fmax= 120p1001.15d1.75 (2.19)Lop

19、t= 99.7d0.9p100 (2.20)因而為了使清洗過(guò)程不僅能清除附著層，且不破壞基體，就必須選擇一個(gè)合適的靶距，靶距不是越大越好，也不是越小越好。當(dāng)然在高壓水射流清洗能力足夠大的時(shí)候，可以適當(dāng)加大靶距，那樣不僅提高了單位時(shí)間的清洗面積，而且增加了作業(yè)的安全性2。因此，求得最大打擊力和最佳靶距：Fmax=120p1001.15d1.75=120201-9.3%1001.153.21.75=128.6(N)Lopt=99.7d0.9p100=99.73.20.9201-9.3%100 =51.5(mm)2. 高壓水射流擴(kuò)展直徑的計(jì)算聯(lián)合式(2.21)、式(2.22),可以確定在最佳靶距(即

20、打擊力最大)時(shí)的擴(kuò)展直徑計(jì)算公式：D=9.985kp100-0.04d0.95 (2.21)式中D射流擴(kuò)展直徑mm；k與噴嘴結(jié)構(gòu)有關(guān)的試驗(yàn)系數(shù),約為0.20.2358。故可求得高壓水射流的擴(kuò)展直徑：D=9.985kp100-0.04d0.95=9.9850.23518.14100-0.043.20.95 =7.6(mm)2.3.3 噴頭參數(shù)選取噴嘴在噴頭座上的布置方式，直接影響清洗效果，因而這是整個(gè)清洗系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)部分，噴嘴的布置要根據(jù)高壓水射流理論，優(yōu)化水力學(xué)參數(shù)及噴射集水管設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)，使系統(tǒng)達(dá)到最好的清洗效果。影響噴嘴布置的因素主要有3個(gè)：一個(gè)是噴嘴的入射角，一個(gè)是噴嘴的偏轉(zhuǎn)角，還有一

21、個(gè)是相鄰噴嘴的間距L。如圖2.2所示。圖2.2 噴嘴布置示意圖(1) 作為影響高壓水射流清洗鋼絲繩效果的因素之一，噴嘴入射角的合理設(shè)計(jì)十分重要，試驗(yàn)表明，清洗防扭鋼絲繩選取入射角在4055之間合適，為了滿(mǎn)足清洗鋼絲繩的效果需求，選取噴嘴入射角=50。(2) 噴嘴的偏轉(zhuǎn)角對(duì)高壓水射流清洗鋼板效果也有很大的影響, 試驗(yàn)表明保持噴嘴40左右的偏轉(zhuǎn)角十分重要，該角度過(guò)小會(huì)造成噴嘴相互之間射流干擾，從而降低水射流打擊力，過(guò)大會(huì)使高壓水射流近乎豎直打擊在鋼絲繩上，降低高壓水射流的沖刷效果；故選取噴嘴偏轉(zhuǎn)角=40。(3) 噴嘴的間距也是影響高壓水射流清洗鋼絲繩效果的因素之一。當(dāng)噴嘴的入射角、偏轉(zhuǎn)角和高壓水射

22、流靶距確定后，由于清洗的是鋼絲繩表面的灰塵、油泥和輕度浮銹，可以避免高壓水射流噴射在鋼絲繩上的重疊量；因此，選取相鄰的噴嘴的間距L=40mm。2.4噴嘴的布置充分考慮到鋼絲繩的全面清洗，根據(jù)選取的高壓水射流的噴頭參數(shù)，噴頭采用環(huán)繞鋼絲繩90布置；4個(gè)噴頭在平行鋼絲繩前進(jìn)的方向上相距40mm，每個(gè)噴頭上安裝3個(gè)高壓水噴嘴，每一個(gè)與噴嘴座用螺紋連接，密封圈密封，以保證良好的密封，降低系統(tǒng)壓力和流量損失。為了保證噴頭的加工制作方便，噴頭由噴頭本體、噴嘴座、進(jìn)水管座3部分組成，這三部分是焊接在一起的。噴頭布置的結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3 噴頭布置結(jié)構(gòu)圖1-噴頭本體 2-噴嘴座 3-進(jìn)水管座 4-噴嘴

23、3 鋼絲繩的纏繞設(shè)計(jì)計(jì)算3.1 滑輪組的計(jì)算布置1. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，浸泡時(shí)間1分鐘，鋼絲繩速度15002000米/小時(shí)，清洗結(jié)構(gòu)可變范圍：直徑15mm90mm；熱浸泡的箱體最小按3m的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)，纏繞滑輪組的單個(gè)滑輪直徑最小按槽底直徑600mm設(shè)計(jì)，凹槽直徑按變動(dòng)范圍的最大值90mm設(shè)計(jì)，輪緣按10mm寬度計(jì)算；初步選定滑輪組中心距為2200mm。由此，計(jì)算出鋼絲繩在滑輪組上纏繞一圈的長(zhǎng)度：S=D+2l=600+22200=6.284m (3.1)選取最大鋼絲繩的速度v=2000m/h=33.3m/min。因此，得出單排滑輪組中滑輪的個(gè)數(shù)：n=vtS=33.316.2845.3 (3.2)故取單

24、排滑輪組中滑輪個(gè)數(shù)為6個(gè)。2. 在熱浸泡箱體長(zhǎng)度方向上，布置兩排滑輪組，單排滑輪組由6個(gè)滑輪組成，為了滿(mǎn)足熱浸泡要求，滑輪的材料選用鑄鐵材料，且滑輪組軸向方向上相互錯(cuò)開(kāi)距離為55mm，方便鋼絲繩在滑輪的凹槽內(nèi)行走?；喗M的布置示意圖如圖3.1所示。圖3.1 滑輪組布置示意圖3.2 芯軸的尺寸計(jì)算鋼絲繩在滑輪上行走，滑輪收到鋼絲繩的兩邊拉力的作用，給定的鋼絲繩的初拉力為500N，根據(jù)公式9：k=1+pp (3.3)式中，k取1.03，可求得鋼絲繩每過(guò)一個(gè)滑輪的拉力增加量：p=pk-1=5001.03-1=15N (3.4)初步選定芯軸的直徑為60mm，滑輪體去掉直徑為200mm的4個(gè)圓，留下4個(gè)

25、輻板；滑輪的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.2所示.圖3.2 滑輪結(jié)構(gòu)示意圖由此，可估算單個(gè)滑輪的體積為：V=r2h-4r12h-r2h-12r322r (3.5) =0.110.3452-40.12-0.032 -20.04520.3450.02(m3)則單個(gè)滑輪的重力為：G=Vg=70000.0210=1400N (3.6)根據(jù)求合力的公式10：F=N2+G2 (3.7)由此，可求得每個(gè)滑輪上所受到的合力分別為：F1=10452+14002=1747(N)F2=11052+14002=1783.5(N)F3=11652+14002=1821.3(N)F4=12252+14002=1860.2(N)F5=

26、12852+14002=1900.3(N)F6=13452+14002=1941.4(N)根據(jù)算得的芯軸所受到的力，繪制的芯軸受力簡(jiǎn)圖如圖3.3所示。圖3.3 芯軸受力簡(jiǎn)圖根據(jù)圖3.3，可以分別求得f1、f2：f10.865=F10.7325+F20.6125+F30.4925 +F40.3725+F50.2525+F60.1325 (3.8) f15432.4(N)f2=F1+F2+F3+F4+F5+F6-f1 (3.9) =11053.7-5432.4 =5621.3(N)經(jīng)過(guò)以上分析計(jì)算可以判定F4對(duì)芯軸產(chǎn)生的彎矩作用最大，因此計(jì)算得出M4來(lái)設(shè)計(jì)計(jì)算芯軸的最小直徑即可。計(jì)算得出F4產(chǎn)生的

27、彎矩M4為：M4=0.3725f2-0.12F5-0.24F6=1400Nm (3.10)芯軸的材料選用45號(hào)鋼，查表得知許用彎曲應(yīng)力為55MPa；由于芯軸只受彎矩的作用，故可根據(jù)彎曲應(yīng)力公式10(3.17)求解：=MW-1 (3.11)因此，可以計(jì)算得出芯軸的最小直徑：d3M0.1-1=3140010000.15563.4mm (3.12)由于芯軸與滑輪之間由軸承連接，故選取芯軸的直徑為65mm。4 保養(yǎng)系統(tǒng)輔助裝置的選取4.1 電加熱器的選取根據(jù)設(shè)計(jì)的箱體的大小可以計(jì)算出熱浸泡中水的體積：V=V箱-2V輪=3-20.70.36=1.4m3 (4.1)可以計(jì)算得出加熱時(shí)水吸收的熱量：Q吸=C

28、mT2-T1=4200140090-204108J (4.2)加熱時(shí)間選取1小時(shí)，可以求得加熱器的功率：Pw=Qt=41000111.1kw (4.3)將加熱器的功率圓整到120kw，設(shè)計(jì)加熱管每根功率為20kw，共6根，均勻布置11在熱浸泡箱體內(nèi)，由于熱浸油中油的比熱容小于水的一半，故熱浸油中布置3根加熱管即可滿(mǎn)足要求。4.2 吹干噴頭的設(shè)計(jì)在鋼絲繩的清洗完進(jìn)入熱浸油之前，需要將其吹干，在設(shè)計(jì)中采用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生高壓氣流經(jīng)過(guò)風(fēng)刀噴口吹干鋼絲繩；經(jīng)過(guò)查詢(xún)資料，選用的空氣壓縮機(jī)的額定排氣量L=0.28m3/min，額定壓力P=0.7MPa，即可滿(mǎn)足對(duì)鋼絲繩的吹干要求。產(chǎn)生的高壓氣流經(jīng)2個(gè)分管進(jìn)入

29、風(fēng)刀駐室，2個(gè)風(fēng)刀駐室分布在鋼絲繩的兩側(cè)，考慮到空氣壓縮機(jī)到風(fēng)刀的管道很短且密封性比較好，因此，在實(shí)際應(yīng)用中高壓氣流的壓力損失是很小的12。兩個(gè)風(fēng)刀噴口分布在鋼絲繩的兩側(cè)且平行于鋼絲繩的前進(jìn)方向（風(fēng)刀噴口在平行于鋼絲繩的前進(jìn)方向上的長(zhǎng)度為200mm），分別對(duì)準(zhǔn)鋼絲繩的上半部分和下半部分。風(fēng)刀口的分布示意圖，如圖4.1所示。圖4.1 風(fēng)刀口的分布示意圖1-風(fēng)刀口 2-鋼絲繩5 結(jié) 論本文著重介紹了在防扭鋼絲繩保養(yǎng)方面的設(shè)計(jì)，在現(xiàn)有鋼絲繩保養(yǎng)僅有的浸油的基礎(chǔ)上，加上了粗細(xì)，熱浸泡，精洗，吹干四大改進(jìn)創(chuàng)新模塊，再加上熱浸油該保養(yǎng)系統(tǒng)共有這五大模塊組成；形成了完整的鋼絲繩保養(yǎng)系統(tǒng)。該保養(yǎng)系統(tǒng)中的五大模

30、塊呈U字形排布，這種布置方式節(jié)省廠房空間，有利于鋼絲繩的起吊；粗洗，主要采用固定鋼絲刷對(duì)鋼絲繩進(jìn)行熱浸泡前的初步清刷，去掉部分容易刷掉的污垢；熱浸泡的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于為滿(mǎn)足鋼絲繩在高溫水中的時(shí)間能達(dá)到一分鐘而采用的雙排自由轉(zhuǎn)動(dòng)的滑輪組來(lái)增加鋼絲繩在熱浸泡中的行走路程；按照滑輪槽底最小直徑600mm設(shè)計(jì)要求，通過(guò)芯軸的受力的分析計(jì)算得出芯軸的直徑大小。在精洗模塊里，鋼絲繩的清洗采用高壓水射流技術(shù)，這種清洗技術(shù)在國(guó)內(nèi)還屬于新型技術(shù)，該技術(shù)的核心問(wèn)題在于高壓噴頭的設(shè)計(jì)上，在本設(shè)計(jì)中采用的是圓錐直噴噴頭，設(shè)計(jì)中遵循以下四點(diǎn)原則：（1）高壓水從噴嘴入口處的圓錐段嚴(yán)格按13設(shè)計(jì)，圓柱段長(zhǎng)度為噴嘴直徑的2.5倍

31、；（2）噴嘴出口處不得有倒角和圓弧, 避免射流發(fā)散, 影響射流流束噴射質(zhì)量；（3）噴嘴孔水流斷面變化不得過(guò)大, 拐彎、急流不得過(guò)多, 且死角要圓滑過(guò)渡；（4）內(nèi)孔表面要有很高光潔度, 粗糙度選為1.6有條件時(shí)按0.4設(shè)計(jì)與制造；來(lái)滿(mǎn)足高效率、高質(zhì)量的清洗要求。同時(shí)，噴嘴的布置設(shè)計(jì)又是一個(gè)重要的關(guān)鍵問(wèn)題，針對(duì)鋼絲繩34m/min的運(yùn)行速度，為保證鋼絲繩充分全面的得到清洗，設(shè)計(jì)出4個(gè)噴頭在圍繞鋼絲繩圓周上90布置的方式，且每個(gè)噴頭在軸向方向上相差一定的距離，使得噴頭上的噴嘴呈螺旋狀分布在鋼絲繩的圓周面上，噴嘴呈一定的角度傾斜地噴向鋼絲繩，噴射方向相對(duì)于鋼絲繩的前進(jìn)方向。最后，在吹干和熱浸油模塊中，采用風(fēng)刀噴頭設(shè)計(jì)，可滿(mǎn)足鋼絲繩在較長(zhǎng)的運(yùn)動(dòng)距離上吹干，為鋼絲繩熱浸油做好充分的準(zhǔn)備，為滿(mǎn)足熱浸油時(shí)間一分鐘，仍然采用熱浸泡中鋼絲繩的纏繞方式。本次設(shè)計(jì)的鋼絲繩保養(yǎng)系統(tǒng)屬于根據(jù)實(shí)際需要去研制和改進(jìn)的一種項(xiàng)目，在實(shí)際的使用中根據(jù)鋼