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水泵加工制造與新技術(shù)的應(yīng)用(下)

文章出處:網(wǎng)責(zé)任編輯:作者:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2017-08-12 13:45:00

  水泵種類(lèi)繁多,結(jié)構(gòu)差異很大。注塞泵和葉片泵的結(jié)構(gòu)完全不同,仿真分析的需求因此不同;同一類(lèi)型的水泵,泵的體積不同,產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特點(diǎn)也不同。由于葉片泵的設(shè)計(jì)難度更大一些,故以葉片泵為例進(jìn)行討論。從設(shè)計(jì)的角度看,最核心的內(nèi)容是過(guò)流件曲面的設(shè)計(jì);從制造的角度看,最核心的技術(shù)是鑄造以及與鑄造模樣設(shè)計(jì)與制造相關(guān)的數(shù)控加工和快速原形技術(shù);從分析的角度看,主要涉及流體仿真分析和結(jié)構(gòu)有限元分析。
  大型水泵一般是按客戶(hù)的要求定制化生產(chǎn)的,水泵的每一種變形,都需要一套完整的技術(shù)文件。水泵設(shè)計(jì)的相似性很大,許多企業(yè)都建立了一套自己的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。能對(duì)尺寸、特征、材料進(jìn)行配置設(shè)計(jì),支持零件、部件、產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì);配置設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)庫(kù)構(gòu)成了一個(gè)理想昀水泵定制化設(shè)計(jì)平臺(tái)。一個(gè)理想的水泵定制化設(shè)計(jì)平臺(tái)包括了大型焊接件設(shè)計(jì),鈑金件設(shè)計(jì)中的導(dǎo)流片、進(jìn)水出水管和加工配置及后續(xù)的機(jī)加工信息,以滿(mǎn)足產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)要求。
  制造能力是水泵制造企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力之一,主要包括鑄造、大型鑄造件和結(jié)構(gòu)件的機(jī)械加工,鑄造模樣的設(shè)計(jì)制造,葉輪曲面的數(shù)控加工等。充分利用產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型是提高工藝設(shè)計(jì)效率的最佳途徑。加工中使用模具工具和夾具量具是保證質(zhì)量精度的重要手段,尤其對(duì)于曲面的加工,是確保水泵過(guò)流面的正確和保證效率的關(guān)鍵。
  水泵葉輪曲面的加工有兩種方法,銑削法和鑄造成型法。葉輪的銑削和鑄造模樣的型芯、型腔加工都涉及曲面的數(shù)控加工。過(guò)流面的加工都需要保證曲面的精度,從而保證水泵的水力學(xué)性能。
  一些通用的小水泵可以批量化生產(chǎn),但大型水泵的生產(chǎn)模式卻是典型的大批量定制化生產(chǎn),每種產(chǎn)品的批量都很小,產(chǎn)品出廠(chǎng)前必須進(jìn)行水力學(xué)性能實(shí)驗(yàn),如果試驗(yàn)不合格,還要拆卸下來(lái)進(jìn)行修改,然后重新進(jìn)行試驗(yàn)。尤其是大型水泵,試驗(yàn)費(fèi)用很高,生產(chǎn)周期長(zhǎng),一旦設(shè)計(jì)失誤,損失會(huì)非常大。
  水泵設(shè)計(jì)制造中的最核心技術(shù)是過(guò)流件的水力學(xué)性能設(shè)計(jì),葉輪、蝸殼、導(dǎo)流體、導(dǎo)流片、出水口、進(jìn)水口及柵格的型面都將影響水泵的水力學(xué)性能。流體的流動(dòng)特性決定了水泵的過(guò)流部件和流道是一些復(fù)雜的曲面,因?yàn)楸脙?nèi)流體的流動(dòng)是三維的,包括渦流和紊流狀態(tài),設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮固定部分、轉(zhuǎn)動(dòng)部分以及流體之間的交互作用,這樣復(fù)雜的工作狀態(tài)很難通過(guò)設(shè)計(jì)員的經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化產(chǎn)品性能,所以必須采用流體分析軟件進(jìn)行仿真分析。結(jié)合分析軟件的分析和水力學(xué)的測(cè)試,求得如下分析:
  (1)根據(jù)水泵模型和葉輪的轉(zhuǎn)速求水泵的揚(yáng)程、流量和效率。
  (2)計(jì)算葉輪的效率和流體在管路中的水頭損失。
  (3)分析工作過(guò)程中產(chǎn)生的氣穴和空蝕。
  (4)水泵內(nèi)部流體的壓力場(chǎng)分布和速度場(chǎng)分布。
  (5)在流體作用下葉輪表面所受的水壓載荷。
  (6)根據(jù)水泵的結(jié)構(gòu)和葉輪的轉(zhuǎn)速求水泵的驅(qū)動(dòng)力矩。
  (7)根據(jù)渾水工況下水泵參數(shù)數(shù)據(jù)修訂參數(shù)。
  有條件情況下應(yīng)進(jìn)行渾水試驗(yàn)的校核與在渾永條件下的參數(shù)修正。
  此外,還要依靠分析軟件對(duì)水泵的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、零部件的疲勞壽命、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析,從而通過(guò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)減小水泵的振動(dòng),提高動(dòng)態(tài)性能。最基礎(chǔ)、最重要的分析是求解系統(tǒng)的固有頻率和相應(yīng)的振型,為電機(jī)的選擇提供依據(jù)。
  水電制造加工的創(chuàng)新,構(gòu)建應(yīng)用軟件(如solidworks軟件)的水泵設(shè)計(jì)、仿真和制造平臺(tái),可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的設(shè)計(jì)和制造,逐步在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用虛擬樣機(jī)技術(shù),將徹底改變研制手段落后的局面,從而減少物理樣機(jī)的制造與試驗(yàn),達(dá)到縮短研制周期、降低開(kāi)發(fā)成本、加快產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度的目的,使對(duì)不同的流體介質(zhì)均有應(yīng)對(duì)的設(shè)計(jì)與加工制造。
 

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