機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)1240輕型小口徑高壓氣動(dòng)閥設(shè)計(jì)

PAGEPAGE45目錄前言31概述41.1閥門簡(jiǎn)介41.2問題的提出51.3解決方案61.4閥門的基本性能82技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)92.1主要技術(shù)指標(biāo)92.2組成、工作原理和設(shè)計(jì)特點(diǎn)102.3閥體組成部分102.4運(yùn)用介質(zhì)113閥門的設(shè)計(jì)和計(jì)算113.1設(shè)計(jì)程度113.2閥體的設(shè)計(jì)和計(jì)算123.3密封面上、環(huán)上總作用及計(jì)算壓比143.4閥桿強(qiáng)度計(jì)算153.5頭部強(qiáng)度校核213.6閥桿穩(wěn)定性計(jì)算223.7閘板厚度計(jì)算233.8閥蓋強(qiáng)度計(jì)算243.9填料箱計(jì)算264氣動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算284.1確定閥門材料284.2活塞推力和拉力計(jì)算284.3用O型密封圈密封時(shí)的摩擦力計(jì)算294.4壁厚計(jì)算304.5缸筒變形和活塞桿直徑計(jì)算314.6活塞桿強(qiáng)度計(jì)算和缸底厚度計(jì)算324.7缸體螺紋連接計(jì)算335材料的選擇356結(jié)論387謝辭398參考文獻(xiàn)40前言輕型小口徑高壓氣動(dòng)閥是在高壓油氣井采氣井口截?cái)?，高壓油氣井試油試氣及壓裂快速排液等?chǎng)所廣泛的使用。由于它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，因而可大大提高高壓生產(chǎn)和施工場(chǎng)所的安全性。在設(shè)計(jì)中綜合了以往高壓閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并增加了氣動(dòng)裝置，以滿足遠(yuǎn)程控制的目的，在內(nèi)容中，簡(jiǎn)單介紹了高壓氣動(dòng)閥的技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并詳細(xì)設(shè)計(jì)和計(jì)算閥門和氣動(dòng)裝置，以滿足了高壓使用的性能。此高壓氣動(dòng)閥的另一大特點(diǎn)是在減小其體積，減輕其質(zhì)量上下了很大工夫，使此高壓氣動(dòng)閥的搬運(yùn)性、安裝性和安全性都得到了大大的提高，從而為油田的提供了很大的方便。關(guān)鍵詞：閥門、高壓、小口徑、氣動(dòng)、設(shè)計(jì)1.概述1.1閥門簡(jiǎn)介閥門在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門中都有著廣泛的應(yīng)用，在石油、天然氣、煤炭和礦石的開采、提煉加工和管道輸出系統(tǒng)中，在化工產(chǎn)品、醫(yī)藥、水電、核電等生產(chǎn)系統(tǒng)中，閥門都起著舉足輕重的作用。此外，在國(guó)防生產(chǎn)系統(tǒng)中和航天等技術(shù)領(lǐng)域里也使用各種性能的閥門。因此，閥門是我國(guó)實(shí)現(xiàn)四個(gè)現(xiàn)代化不可缺少的重要機(jī)械產(chǎn)品，它與生產(chǎn)建設(shè)、國(guó)防建設(shè)和人民生活都有著密切的聯(lián)系。閥門是流體輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有導(dǎo)流、截流，調(diào)節(jié)防止倒流、分流或溢流卸壓等功能。閥門安裝在各種管路系統(tǒng)中用于控制流體的壓力，流向和流量，由于流體的壓力、流量、溫度、和物理化學(xué)性質(zhì)的不同，對(duì)流體系統(tǒng)的控制要求和使用要求也不同，所以，閥們的種類和品種規(guī)格非常多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)的閥門產(chǎn)品種類已經(jīng)達(dá)到三千多個(gè)型號(hào)，近三萬(wàn)個(gè)規(guī)格，隨著新的工藝流程和控制要求的的出現(xiàn)，隨著現(xiàn)代閥門的技術(shù)參數(shù)和技術(shù)性能的高水平發(fā)展需要，隨著生產(chǎn)過程日益自動(dòng)化發(fā)展的需要，將會(huì)不斷提出對(duì)閥門新品種的發(fā)展需求。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的控制，閥門一般具備以下性能：1）具有良好的抗腐蝕能力2）具有良好的密封性3）防暴防火、可靠耐用4）強(qiáng)度性能5）調(diào)節(jié)性能6）動(dòng)作性能7）流通性能對(duì)大部分閥門來(lái)說，密封性能是首要問題，由于密封性能差或密封壽命短而產(chǎn)生流體的外漏或內(nèi)漏，會(huì)造成環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人身死亡，對(duì)于高中壓氣動(dòng)閥門和安全閥，閥門的安全可靠性也是非常重要的，強(qiáng)度不夠或動(dòng)作不可靠，將會(huì)造成本體或系統(tǒng)的破壞，而導(dǎo)致人身傷亡。因此，閥門的流通性能（流阻系數(shù)、流量系數(shù)）已經(jīng)得到越來(lái)越多人的注意，成為閥門設(shè)計(jì)者必須重視的問題。閥門的機(jī)構(gòu)雖然千差萬(wàn)別，但基本上都是有驅(qū)動(dòng)裝置（自動(dòng)閥類無(wú)）、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、關(guān)閉件（或調(diào)節(jié)元件）、密封件、緊固件和殼體組成。由于其主要零件與流體直接接觸，因此在閥門設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮機(jī)械強(qiáng)度、剛度、制造工藝與磨損等問題，還要考慮流體的物理化學(xué)作用和流體動(dòng)力、熱力作用產(chǎn)生的問題。目前，高壓閘閥按不同方式可分為很多種，如電動(dòng)閘閥、液控自動(dòng)閘閥、API磅級(jí)閘閥、水封閘閥、保溫閘閥、電動(dòng)鉻鉬閘閥、美標(biāo)閘閥、高溫高壓閘閥、兩項(xiàng)流閘閥、高溫灰渣閘閥、帶吹掃孔閘閥、襯氟閘閥、正齒輪雙閘板高壓閘閥等。原理也就各不相同，有的是利用堵漏式強(qiáng)制性被動(dòng)密封，有的是自緊式隨機(jī)性主動(dòng)密封。1.2問題的提出國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的手動(dòng)高壓閥多為80年代末引進(jìn)的技術(shù)，由于在施工中，需要人近距離反復(fù)啟動(dòng)閘門，十分危險(xiǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，由于操作過程中介質(zhì)外瀉，擊傷工作人員事故常有發(fā)生。另外，由于高壓閥使用的環(huán)境惡劣，被控介質(zhì)所含顆粒酸性成分高，加上壓力變化幅度大，野外露天使用，給閥門的研制帶來(lái)許多難度，所以，解決此問題，將會(huì)在今后的施工生產(chǎn)中產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)行生產(chǎn)、使用的氣動(dòng)閘閥,在工況運(yùn)行中要克服各種摩擦阻力,尤其是密封面間的靜摩擦力,需要施加很大的閥桿軸向力才能達(dá)到閥門啟動(dòng)。另外，氣動(dòng)閘閥噪聲較大。密封效果是閥門制造的關(guān)鍵要素，密封問題歷來(lái)是機(jī)械行業(yè)很難解決的問題。高壓截止閥產(chǎn)品曾先后進(jìn)行過二次大的改進(jìn)；一次因外漏問題將原上閥體可拆性結(jié)構(gòu)改為焊死的一次性使用結(jié)構(gòu)；另一次為了降低產(chǎn)品價(jià)格、縮小體積、減輕重量，采用了非標(biāo)準(zhǔn)的縮u比，即：由標(biāo)準(zhǔn)縮口比大于或等于70縮小為6O。但從調(diào)查的使用情況看仍存在較嚴(yán)重的漏失、啟閉扭矩大、流阻大等問題，直接影響生產(chǎn)。設(shè)計(jì)應(yīng)提高氣動(dòng)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵密封部位的加工精度,防止微量泄漏。另外,要徹底解決分閘閥銹蝕的問題,應(yīng)將閥座及錐閥更換為抗氧化性能優(yōu)良的材質(zhì)。對(duì)氣動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)說,冬季低溫時(shí),操動(dòng)機(jī)構(gòu)箱內(nèi)必須加溫,防止微泄漏后積水結(jié)冰將錐閥凍住,造成斷路器拒分故障。此外儲(chǔ)氣罐及管路放水閥部位也必須加溫,防止將放水閥凍裂,無(wú)法保持壓力,從而延長(zhǎng)搶修時(shí)間。目前國(guó)內(nèi)的高壓氣動(dòng)閘閥普遍存在的問題還有就是重量大，體積大，給搬運(yùn)、安裝和維修帶來(lái)一定的難度。本設(shè)計(jì)研究的是輕型小口徑高壓氣動(dòng)閥。重在縮小閘閥體積，減輕閘閥質(zhì)量，但功能與原理不變，只是在結(jié)構(gòu)方面做一些改動(dòng)，但是還要滿足設(shè)計(jì)需求，如強(qiáng)度功能等。1.3解決方案針對(duì)天然氣的生產(chǎn)和需要，在高壓油氣井采氣井口截?cái)?，高壓油氣井試油試氣及壓裂快速排液等類似的環(huán)境下工作的需要，需設(shè)計(jì)高壓氣動(dòng)閥，由于它可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，因而大大提高了高壓生產(chǎn)和施工場(chǎng)所的安全性，目前，國(guó)內(nèi)有部分廠家生產(chǎn)高壓氣動(dòng)閥，但是規(guī)格單一，通經(jīng)均為DN65，最高壓力多為70MPa國(guó)內(nèi)主要稠油開發(fā)油田(遼河、勝利河南、江蘇、新疆)使用的閥門，少數(shù)從美國(guó)引進(jìn)，絕大多數(shù)是國(guó)內(nèi)消化同類進(jìn)口產(chǎn)品而開發(fā)的高壓截止閥新產(chǎn)品，現(xiàn)有壓力為32．0MPa、口徑為50、65、8O、100四種規(guī)格產(chǎn)品，每年約有上千臺(tái)用于各油田。本設(shè)計(jì)的氣動(dòng)閥，通徑為DN20，最高工作壓力為105MPa的高壓氣動(dòng)閥，它的特點(diǎn)是a.消除了存在于液壓機(jī)構(gòu)的”慢分問題”絕大部分氣動(dòng)機(jī)構(gòu)分閘采用氣動(dòng),合閘采用彈簧,分、合閘動(dòng)力傳遞的介質(zhì)不同,所以不會(huì)發(fā)生工作缸活塞連同斷路器的緩慢分閘動(dòng)作,即慢分問題。b.避免了微滲漏后的表面臟污，微滲漏是國(guó)產(chǎn)開關(guān)的老問題,它并不影響產(chǎn)品的性能和使用,但會(huì)造成液壓機(jī)構(gòu)外表面臟污,影響文明生產(chǎn)。而氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的滲漏,不會(huì)在機(jī)構(gòu)外表面產(chǎn)生臟污,不會(huì)污染環(huán)境,由于氣體來(lái)源于大氣,補(bǔ)充時(shí)也相當(dāng)經(jīng)濟(jì)。所以氣動(dòng)機(jī)構(gòu)零部件的加工精度要求不很高而氣動(dòng)閘閥本來(lái)具有許多優(yōu)越性,它除有一般閘閥流阻小、流向不受限制等優(yōu)點(diǎn)外,還有啟閉迅速、氣動(dòng)安全、雙缸氣動(dòng)保證開啟等特點(diǎn)。c.安裝,調(diào)節(jié)簡(jiǎn)單,操作維護(hù)簡(jiǎn)單.閥體制造也各不相同，有的是砂模制造，有熔模制造，但一般采用熔模制造，因?yàn)槿勰Ｖ圃毂壬澳Ｖ圃炀哂懈叩耐笟庑?，更快更均勻的冷卻條件，所以組織更為致密，由于鋼液從頂部澆入，有時(shí)從冒口直接澆入，澆冒口的位置靠近熱節(jié)區(qū)，為鑄件提供了極為有利的順序凝固條件，熱節(jié)區(qū)得到迅速有利的補(bǔ)縮，所以鑄件合格率很高且質(zhì)量較好。但是本設(shè)計(jì)用的閥體為鍛造.鍛造閥體一般都用于小口徑閥門,特別是用于公稱通徑小于或等于DN50高溫高壓閥門.鍛造閥體的優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量能保證、組織致密,表面質(zhì)量好.其缺點(diǎn)是由于流通道采用機(jī)械加工(鉆空)制成,在孔與孔的過渡區(qū)會(huì)產(chǎn)生銳角過渡面,造成流阻大,且易產(chǎn)生紊流,介質(zhì)對(duì)閥體侵蝕大;鍛件截面與鑄件截面相比較不均勻性更大，因此在壁厚處所產(chǎn)生的熱應(yīng)力很大,特別是在高溫場(chǎng)合,常會(huì)在流道的銳角處發(fā)生開裂,并且鍛造閥體利用率較低.但叢經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看,鍛造適合與小口徑的閥門.1.4閥門的基本性能閥門的各項(xiàng)基本性能是衡量閥門設(shè)計(jì)水平和加工質(zhì)量的主要指標(biāo)。閥門的基本性能指標(biāo)如下：強(qiáng)度性能是指閥門承受介質(zhì)壓力的能力。閥門是承受壓力的機(jī)械產(chǎn)品，因而必須有足夠的強(qiáng)度和剛度。以保證長(zhǎng)期使用而不發(fā)生破裂或產(chǎn)生變形。密封性能是指閥門的密封不見阻止介質(zhì)泄漏的能力，它是閥門最重要的性能指標(biāo)。閥門的密封部件有兩處起閉件與閥座密封面間的接觸，填料與閥桿和添料的配合處，其中前一處的泄漏叫內(nèi)漏，也就是通常說的關(guān)不嚴(yán)。它將影響閥門截?cái)嘟橘|(zhì)的能力。后一處的泄漏叫外漏，即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到到閥外。它影響文明生產(chǎn)造成物料損失，污染環(huán)境，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成事故，對(duì)于像天然氣這種易燃、易爆，有毒或者有放射性的介質(zhì)，外漏更不允許的，因而閥門必須具有良好可靠的密封性能。流阻性能介質(zhì)流過閥門后會(huì)產(chǎn)生壓力損失，也就是閥門對(duì)介質(zhì)的流動(dòng)有一定的阻力，介質(zhì)為克服閥門的阻力就必須要消耗一定的能量。從節(jié)約能源上考慮，設(shè)計(jì)和制造時(shí)，要盡可能降低閥門對(duì)流體介質(zhì)的阻力。1.4.4動(dòng)作性能1.4.4.1啟閉力和啟閉扭矩指閥門開啟或關(guān)閉所必須施加的作用力或力矩。關(guān)閉閥門時(shí)，需要使啟閉件與閥座兩密封件形成一定的密封比壓。同時(shí)還要克服閥桿與填料之間及其它摩擦部件的摩擦力。因而必須施加一定的關(guān)閉力和關(guān)閉力矩。閥門在啟閉過程中，所需要的啟閉力和啟閉力矩是變化的，其最大值是在關(guān)閉的最終瞬時(shí)或開啟的最初瞬時(shí)。設(shè)計(jì)和制造閥門時(shí)應(yīng)力求降低其關(guān)閉力和關(guān)閉力矩。1.4.4.2啟閉速度啟閉速度是用閥門完成一次開啟或關(guān)閉動(dòng)作所需要的時(shí)間來(lái)表示，一般對(duì)閥門的啟閉速度無(wú)嚴(yán)格要求，但有些工況對(duì)啟閉速度有特殊要求。1.4.4.3動(dòng)作靈敏度和可靠性指閥門多介質(zhì)參數(shù)變化做出相應(yīng)反應(yīng)的敏感程度。對(duì)于特定功能的閥門來(lái)說，其動(dòng)作靈敏度和可靠性是十分重要的性能指標(biāo)。1.4.4.4使用壽命它表示閥門的耐用程度。是閥門的重要性能指標(biāo)，并且有很大的經(jīng)濟(jì)意義。通常的能保證密封要求的啟閉次數(shù)來(lái)表示，也可以用時(shí)間來(lái)表示。2.技術(shù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)2.1主要技術(shù)指標(biāo)1.公稱通徑：DN202.最高工作壓力：105MPa3.氣控壓力：0.8MPa4.連接形式：螺紋連接5.材料：閥體、閥板、氣缸等材料為35CrMo6.控制裝置:活塞式汽缸7.閥門型號(hào):Z613H—1050Q2.2組成高壓氣動(dòng)閥閥門上端設(shè)計(jì)采用活塞式氣壓控制器,下端采用非楔式單閘板閥的結(jié)構(gòu)而組成,主要功能是啟閉介質(zhì)流的通道,與楔式閘閥相比,無(wú)楔緊力與密封有關(guān)的力在啟閉運(yùn)動(dòng)方向的分力為0，所以啟閉該閥靈活省力。2.3工作原理在啟閉氣壓泵源的條件下，通過改變活塞汽缸上氣流的大小和方向，便可以改變介質(zhì)的流動(dòng)方向，從而可使汽缸活塞上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閘閥的開閉。2.4設(shè)計(jì)特點(diǎn)天然氣具有易燃，易爆特性且地下開采出來(lái)的天然氣大量為高壓和含硫化氫的有毒氣體，所以根據(jù)該閥門的使用環(huán)境，除了要求具有較好的抗腐蝕能力及嚴(yán)格密封性能外，而且還要求具有防爆、防火、可靠耐用等特點(diǎn)，所以，在高壓氣動(dòng)閥設(shè)計(jì)中，主要圍繞以上的指標(biāo)進(jìn)行。2.5閥體組件部分閥體組件的設(shè)計(jì)將參考國(guó)內(nèi)外單閘閥的工作原理，通過金屬閥板和金屬閥座平面之間的貼合，借助封脂并在介質(zhì)的作用下，實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)密封，密封腔內(nèi)任何時(shí)候都要承受氣壓力，閥蓋與閥體采用螺栓連接。在閥體、閥板、閥座、閥桿、汽缸等主要零件的材料和工藝處理上，將均按照石油部有關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.6適用介質(zhì)天然氣、人工煤氣、液化石油、壓裂液及其它無(wú)腐蝕性的氣體。3.閥門的設(shè)計(jì)與計(jì)算3.1設(shè)計(jì)程序閥門作為管道系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，應(yīng)保證安全可靠的執(zhí)行管道系統(tǒng)對(duì)閥門提出的使用要求。因此，閥門設(shè)計(jì)必須滿足工作介質(zhì)的壓力溫度及制造、安裝等方面對(duì)閥門提出的主要要求。閥門設(shè)計(jì)明確給定技術(shù)數(shù)據(jù)，即“設(shè)計(jì)任務(wù)書”在此基礎(chǔ)上方可正確完成設(shè)計(jì)。機(jī)械產(chǎn)品，包括閥門產(chǎn)品的設(shè)計(jì)程序，目前世界各國(guó)基本上采用典型的“三段設(shè)計(jì)法”，即設(shè)計(jì)程序被劃分為：初步設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、工作圖設(shè)計(jì)三個(gè)階段。3.1.1初步設(shè)計(jì)初步設(shè)計(jì)是為研究，確定產(chǎn)品最佳方案而進(jìn)行的工作。初步設(shè)計(jì)又稱為“方案設(shè)計(jì)”和編制技術(shù)階段任務(wù)等。初步設(shè)計(jì)階段的工作內(nèi)容為：編制“技術(shù)任務(wù)書”；繪制產(chǎn)品方案略圖和草圖；3.1.2技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)是根據(jù)已批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)進(jìn)一步設(shè)計(jì)，計(jì)算產(chǎn)品及其組成部分的結(jié)構(gòu)，并繪制產(chǎn)品總圖及主要部件裝配圖。技術(shù)設(shè)計(jì)的工作內(nèi)容是：繪制產(chǎn)品總圖及主要零部件；完成《設(shè)計(jì)計(jì)算書》3.1.3工作圖設(shè)計(jì)工作圖設(shè)計(jì)是根據(jù)技術(shù)繪制全部工作圖樣編制必須的技術(shù)文件，工作圖階段的工作內(nèi)容為：編寫設(shè)計(jì)文獻(xiàn)目錄和圖樣目錄；編寫明細(xì)表；繪制零件圖、部件圖和總裝配圖；3.2閥體的設(shè)計(jì)與計(jì)算閥體是閥門中最重要的零件之一，閥體的重量通常占整個(gè)閥門的總重量的70%左右。閥體的主要功能有：⑴作為工作介質(zhì)的流動(dòng)通道；⑵承受工作介質(zhì)壓力、溫度、沖蝕和腐蝕；⑶在閥體內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)空間，設(shè)置閥座，以容納啟閉件、閥桿等零件；⑷在閥體端部設(shè)置連接結(jié)構(gòu)，滿足閥門與管道系統(tǒng)安裝使用要求；⑸承受閥門啟閉載荷和在安裝使用過程中因濕度變化、振動(dòng)、水擊等影響所產(chǎn)生的附加載荷；⑹作為閥門總裝配的基礎(chǔ)。3.2.1閥體壁厚計(jì)算對(duì)于鋼制高壓閥門的閥體壁厚，一般按照下列公式計(jì)算：C式中：—閥體外徑與內(nèi)徑之比.按下列式中計(jì)算:式中：--材料的許用應(yīng)力取與兩者中較小值。和分別為常溫下材料35CrMo的強(qiáng)度極限和屈服極限（MPa）和分別為以為強(qiáng)度指標(biāo)的安全系數(shù)和以為強(qiáng)度指標(biāo)的安全系數(shù)。取=4.25=2.3查手冊(cè)可查得材料為35CrMo的抗拉強(qiáng)度和屈服極限強(qiáng)度=980MPa=835MPa則有：==230.588==363.04因＜則取=230.588為已知P=105MPaDN=20==1.87C查手冊(cè)可得：C=2C=100.87+2=10.7實(shí)際閥體的壁厚取結(jié)論：＞為合格3.3密封面上、環(huán)上總作用力及計(jì)算比壓計(jì)算密封面上的總作用力密封面外介質(zhì)作用力設(shè)計(jì)中密封面內(nèi)徑=42密封面寬度為=12壓力為P=105MPa==381133.2密封面上的密封力:查閥門設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)P4-P10可查得：=6.24密封面上密封力=15988.4密封面上總作用力為=381133.2+15988.4=397121.6(N)密封面計(jì)算壓比：=154.99查手冊(cè)得：=300所以則有：q＜結(jié)論：＜q＜為合格3.4閥桿強(qiáng)度核算計(jì)算關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力開啟時(shí)閥桿總軸向力式中：—密封面處介質(zhì)作用力（N）—密封面上密封力（N）—閥桿徑向截面上介質(zhì)作用力（N）—閥桿與增料摩擦力(N)—為系數(shù).查手冊(cè):閥桿最大軸向力取及中較大值.查閥門設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)表4—31可查得:=0.15=0=0.25=0上述已計(jì)算的有:=381133.2(N)=397121.6(N)閥桿徑向截面上介質(zhì)作用力:式中:—閥桿直徑(mm)P—壓力(MPa)且=36mmP=105MPa=106822.8(N)閥桿與增料摩擦力－系數(shù).查表閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)4—12查得:按查有--填料深度－填料密度且=30=6則有:=5查得:=1.60則:=36288（N）則關(guān)閉閥桿總軸向力=200334.96N開啟時(shí)閥桿總軸向力:=24694.32N和進(jìn)行比較有＞則閥桿最大軸向力取則有==200334.96(N)軸向應(yīng)力按退刀槽處查表計(jì)算式中:—關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力—開啟時(shí)閥桿總軸向力—閥桿最小截面積且=200334.96N=24694.32N則有=32MPa=39MPa扭應(yīng)力公式中：—關(guān)閉時(shí)閥桿摩擦力矩—閥桿最小斷面系數(shù)而式中：—半徑。查表4—13得=0.346—查表4—14得：=4.5則有=154.03MPa合成應(yīng)力=36.95查手冊(cè)，查材料35GrMo許用拉應(yīng)力許用壓應(yīng)力許用扭應(yīng)力許用合應(yīng)力則有：結(jié)論：1.、、、合格。2.工作壓力隨工作溫度而改變的比值比相應(yīng)溫度下材料許用應(yīng)力改變的比值為大，故不進(jìn)行高溫核算。3.5頭部強(qiáng)度校核剪應(yīng)力式中：—閥桿與填料摩擦力—開啟上閥桿總軸向力—設(shè)計(jì)尺寸—設(shè)計(jì)尺寸=36288=24694.32N=12=30則剪應(yīng)力=16.10MPa又因=105MPa有：＜結(jié)論：1.＜合格。2.工作壓力隨工作溫度而改變的比值相應(yīng)溫度下材料的許用應(yīng)力改變的比值大，故不進(jìn)行高溫核算。3.6閥桿的穩(wěn)定性計(jì)算閥桿的柔度（細(xì)長(zhǎng)比）的計(jì)算式式中：—閥桿的柔度—閥桿的計(jì)算長(zhǎng)度（閥桿螺母至閥桿端部或閥桿凸偏至下端閥桿閥的長(zhǎng)度—閥桿的螺紋半徑。對(duì)于圓形截面—與閥桿兩端支承狀況有關(guān)的長(zhǎng)度系數(shù)查表得：=0.7則閥桿的柔度=211.56因則按下式計(jì)算閥桿的穩(wěn)定：≤式中：—閥桿材料的彈性系數(shù)—柔性度—系數(shù)。查得=2.5則閥桿的穩(wěn)定性有≤=16.67則為合格。3.7閘板厚度核算3.7.1計(jì)算厚度式中：—系數(shù)?？刹槭謨?cè)，查得K=0.75P—壓力（MPa）P=105MPa—許用彎應(yīng)力查得=120MPaC—查手冊(cè)得C=2則有=18.2又因設(shè)計(jì)=20則有>結(jié)論：1.>為合格2.管路附件溫度壓力級(jí)是根據(jù)材料相應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力而制定的，故不進(jìn)行高溫核算。3.8閥蓋強(qiáng)度驗(yàn)算計(jì)算拉應(yīng)力式中：—壓力（MPa）P=105MPa—計(jì)算內(nèi)徑=70.578—實(shí)際厚度=13C—腐蝕余量C=2—關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力且P=105MPa=70.578=13C=2=24694.32（N）則有拉應(yīng)力=168.72剪應(yīng)力式中：P—壓力（MPa）P=105MPa—關(guān)閉時(shí)閥桿總軸向力—厚度=13C—腐蝕余量C=2則有：=281.27結(jié)論：1.、為合格2.管路附件溫度壓力級(jí)是根據(jù)材料相應(yīng)溫度下的許用應(yīng)力而制定的，故不進(jìn)行高溫核算。3.9填料箱計(jì)算操作下總作用力最小預(yù)緊力密封面上總作用力取或中的較大值密封面處總作用力=337784.04（N）是密封面上密封中的公式。式中：=39.28則=110567.99則=448448.03必須預(yù)緊力=350197.91N對(duì)和比較，則有則操作下總作用力比最小預(yù)緊力大。密封面上總作用力：==448448.03（N）密封面計(jì)算比壓：=182.07密封面許用比壓：查得=835剪應(yīng)力為其中：有：查手冊(cè)得：=1.6則=185781.22（N）=136.89因=190所以結(jié)論：1.為合格2.合格4.氣動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1確定閥門材料選用材料為，鍛造閥體。4.2活塞的推力和拉力計(jì)算推力：拉力：式中：—活塞的推力（N）—活塞的拉力（N）—活塞桿直徑（mm）—活塞直徑（mm）—?dú)庠磯毫Α紤]摩擦阻力影響引入的系數(shù)取=0.8推力=6302(N)拉力=7063.7(N)汽缸行程為60全程1954.3用O型密封圈密封時(shí)的摩擦力油缸內(nèi)總的摩擦力=4.15()4.4壁厚計(jì)算缸筒壁厚當(dāng)≥3.2時(shí)則有：式中：—強(qiáng)度系數(shù)（當(dāng)為無(wú)縫鋼管時(shí)=1）C—計(jì)入壁厚公差及腐蝕的附加壁厚又因:—缸體材料的抗拉強(qiáng)度—安全系數(shù)=5=980=196(N)則有：=2.5缸筒壁厚按計(jì)算公式算出后，一般還要根據(jù)具體情況適當(dāng)加厚，這里查表11—123取10。4.5缸筒變形計(jì)算承受內(nèi)壓的薄壁缸筒,其內(nèi)徑的伸長(zhǎng)量可有下式求得:式中：—缸筒內(nèi)徑的伸長(zhǎng)量()—缸筒內(nèi)徑()—缸筒外徑()—缸筒內(nèi)油壓力—材料的彈性模數(shù)—泊松系數(shù)則有:=0.864.6活塞桿直徑計(jì)算無(wú)速度比計(jì)算：=364.7活塞桿強(qiáng)度計(jì)算活塞桿在穩(wěn)定工作情況下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時(shí)，便可以近似地采用直桿承受拉、壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算。活塞桿應(yīng)力式中；—活塞桿所承受的軸向載荷—活塞桿直徑—許用應(yīng)力≤變形則有：≥≥≥7.24.8缸底厚度計(jì)算≥式中：—缸底壁厚—油缸內(nèi)徑—缸內(nèi)最大油壓—缸底材料許用應(yīng)力則有：≥≥≥20.45()取=25缸體螺紋連接計(jì)算缸體與端部都用螺紋連接上螺紋處的計(jì)算如下：螺紋處的拉應(yīng)力螺紋處的剪應(yīng)力合成應(yīng)力許用應(yīng)力式中：—油缸最大阻力（N）—油缸內(nèi)徑—螺紋直徑—螺紋內(nèi)徑—擰緊螺紋的系數(shù)K=1.5—螺紋連接的摩擦系數(shù)=0.12—缸體材料的屈服極限—安全系數(shù)取=2.5則有拉應(yīng)力為=0.41剪應(yīng)力為=1.990()合成應(yīng)力為=3.497則合格。許用應(yīng)力為:=334()5．材料選擇5.1閥體、閥板等材料選用35GrMo(具體見裝配圖)35GrMo特性高溫下具有高的持久溫度和蠕變強(qiáng)度,低溫韌性好,工作溫度可高達(dá)500攝氏度,低溫可至-110攝氏度,淬透性良好,無(wú)過熱傾向,淬火變形小,冷變形是塑性尚可,切削性能中等.但有第一類回火脆性,焊接性不好,如果須焊接用時(shí),焊前預(yù)熱至150-400攝氏度,焊后處理消除應(yīng)力.一般在調(diào)質(zhì)處理后使用,也可在高溫中頻表淬或淬火及低溫回火后使用.用于制造承受沖擊、彎曲高載荷的各種機(jī)器中的重要零件.5.2密封材料密封要求其具有較好的耐油、耐水、耐磨、耐熱等性能,同時(shí)要求基本有足夠的強(qiáng)度和良好的彈性,還要求能耐酸、堿或其他化學(xué)藥品的性能,常用的基本聚合物有:氯丁橡膠、丁腈橡膠、丁苯橡膠、異丁橡膠等.石油工業(yè)各類泵閥的密封材料又以丁腈橡膠用的最為普遍.現(xiàn)對(duì)丁腈橡膠和聚氨酯橡膠兩種材料進(jìn)行分析。5.2.1聚氨酯橡膠聚氨酯橡膠,可以看作是一種介于一般橡膠和塑料之間的材料.其最大的特點(diǎn)是硬度高而富有彈性,耐磨性也卓越(比天然橡膠高達(dá)九倍,是鐵的6-7倍),此外,還具有良好的機(jī)械強(qiáng)度,耐油性和耐臭氧性,體溫特性也很出色,并且,聚氨酯橡膠的靜摩擦系數(shù)和動(dòng)摩擦系數(shù)接近,而且有較小的值.是液壓缸理想的密封橡膠材料.聚氨酯橡膠的耐熱性不高,動(dòng)態(tài)生熱大,所以它只適用于80-90攝氏度為正常,長(zhǎng)期工作溫度低速運(yùn)動(dòng)的液壓缸的密封.丁腈橡膠丁腈橡膠是制造耐油制品的主要膠種,其特點(diǎn)是耐油性非常好,其耐油性取決與其中丙稀腈的含量.隨著丙稀腈含量的增加,耐油性,抗拉強(qiáng)度,耐磨性等也隨著提高,氣透性,耐寒性則隨之下降.丁腈橡膠可在100攝氏度下連續(xù)使用,而在熱用中可使用到120攝氏度,它的耐熱性比聚稀酸脂橡膠,硅橡膠要差些其耐酸性,耐堿性也比較好.丁腈橡膠是不飽和的極性橡膠故不溶于非極性的礦物或動(dòng)植物油中,有優(yōu)異的耐油性,但不能用在磷酸脂系統(tǒng)壓油及含有極壓添加劑的齒輪油中,如果在燃料油和低苯胺點(diǎn)的礦物油中使用,應(yīng)選擇丙稀腈含量高的丁腈橡膠.在低溫下使用時(shí),應(yīng)選用丙稀腈含量低的丁腈橡膠,所以,耐礦物油的密封材料國(guó)內(nèi)外仍以丁腈橡膠為主.它普遍的用在O形圈油封,唇型密封件及防漏墊片等.對(duì)以上兩種橡膠的比較,所以選用丁腈橡膠作為密封材料。噴焊材料由于工作在特殊的情況下，因而在加工閥板等零件時(shí)表面需要做特殊的處理，它們的失效形式主要是表面磨損和表面腐蝕，這是由于零件的表面性能欠佳造成的。目前已經(jīng)有很多方法，其中噴焊就是很好的一種。噴焊是熱噴除的一種，它是把噴除材料家熱到熔融狀態(tài)，然后把工件表層加熱到熔融狀態(tài)，使噴除材料與工件表尺呈微冶金狀態(tài)，因此有較高的結(jié)合強(qiáng)度；噴除材料不受限制，選用不同的材料，涂層有著不同的硬度。使用范圍較廣，同時(shí)噴焊設(shè)備簡(jiǎn)單投資少，占地面積小，，操作維護(hù)方便，因而受到了廣泛的應(yīng)用。用熱噴除技術(shù)對(duì)普通材料進(jìn)行處理，可按需要改變其表面的化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，達(dá)到強(qiáng)化