吸入特性測試裝置的機械系統設計

張文文 李 娜 劉建芳

（燕山大學機械工程學院，河北 秦皇島 066000）

0 引言

吸入特性測試裝置對于工業生產中的廢棄物的處理、輸送以及處理具有重要的意義，高濃度粘稠物料輸送系統中，大口徑活塞泵是系統的核心設備，運行效率對于系統的穩定運行具有重要的意義。傳統的大口徑活塞的理論研究中，主要是采用100%的的吸入效率進行計算，這樣與實際工作狀態不相符合，從而影響了實驗數據的真實性，對于參數控制的參考真實性不足。采用吸入特性測試裝置，能夠有效的對大口徑活塞的工作參數進行測試，對于物料的吸入容積進行實時在線測量，從而為吸入控制提供真實可信的參數，也能夠為大口徑活塞的優化設計提供參考。

1 結構組成與工作原理

1.1 結構組成

吸入特性測試裝置的機械系統主要是為了完成吸料以及排料的動作，通過不同結構的構成而對高濃度粘稠物料輸送系統提供結構支持，吸入特性測試裝置的結構組成以及參數主要為：吸料速度為0.0.23m/s，料缸行程0-1m，料缸直徑0.16m，電機功率7.5kw，系統壓力6.3MPa。

1.2 工作原理

吸入特性測試裝置的機械系統工作原理主要為：當進料閘板開啟的過程下，物料缸內行程負壓，并且在系統壓力以及空氣壓力的共同作用下，物料進入系統內，當達到設定行程時，完成吸料過程，料缸活塞停止運行；當完成吸料后，料缸活塞前進，并且將物料從出料閘板閥排除。從而完成一個工作循環。吸入特性測試裝置主要是對大口徑活塞的吸入容積效率進行計算，計算的依據為在料缸的一次吸料行程中，所吸入的物料體積與活塞行程的容積之比，表達式為η=V1/V2×100%，其中η 為容積吸入效率，V1、V2分別為實際吸入體積與理論吸入體積。

2 機械系統設計

2.1 物料缸與液動閘板閥的設計

吸入特性測試裝置主要是針對工業應用進行設計的，因此物料缸以及活塞的設計必須滿足工業應用的需求，當前普遍采用的為ψ160mm 的無縫鋼管制備的物料缸，并且將物料缸與活塞系統相接，能夠滿足工業應用的需求。在吸入特性測試裝置的使用中，可能需要面臨腐蝕性的物質，為了保證系統運行，需要在物料缸內鍍一層硬鉻層，保證物料缸具備較強的耐水性、抗腐蝕以及耐磨性能。

液動閘板閥主要是對物料缸內的物料進行有效的合理，從而確保機械系統的正常運行，為了確保機械系統正常運行，液動閘板閥需要具備快速開關、結構緊湊以及密封效果好的特點。機械系統中的液動閘板閥主要是由上端蓋、下端蓋、閥板以及密封壓板構成，并且以螺栓螺釘聯接而成系統結構。為了確保液動閘板閥系統緊固，需要采用沉頭螺釘將密封壓板固定，將閘板閥組裝為一體，而且為了避免泄露，應該采用橡膠密封圈進行密封，確保液動閘板閥具有較強的密封能力。

2.2 活塞與液壓缸的設計

活塞是保證吸入特性測試裝置動力裝置，主要由活塞體、導向環、活塞頭芯、密封體等結構組成，其中密封體主要由耐磨的聚氨酯制備而成，具有較強的耐腐蝕能力，對于無聊起著導向、密封以及輸送的作用。液壓缸的直徑、活塞桿直徑需要根據液壓缸的標準進行圓整，確保液壓缸的設計符合生產的需求。而主要采用頭部法蘭型安裝液壓缸，閘板閥油缸的選型和設計安裝與主液壓缸相一致。

2.3 料倉的設計

機械裝置的料倉可以用作加壓時的壓力容器，也可以用作儲料容器進行使用，在使用的過程中，需要根據生產的需求合理選擇物料缸。而且在試驗中，物料可以循環使用，物料倉的最小體積應為0.1m3，采用圓柱體設計，確保體積計算準確合理。在加壓的情況進行測試時，需要密封物料倉，確保物料倉能夠存儲的物料越多越好，因此可以選擇0.28m3左右體積的物料倉，除了體積之外，物料倉的高度、直徑、壁厚均需要符合生產的需求。

2.4 支架以及聯接件的設計

為了確保機械能夠安全可靠的運行，需要采用合理的底架與支架系統，具體如下：（1）底架設計，選擇槽鋼作為測試機械的底架材料，并且采用焊接進行聯接，而底架與物料缸、液壓缸之間采用螺栓聯接，為檢修以及拆卸提供結構基礎。（2）液壓缸的支撐系統主要有物料缸支撐板、液壓缸支撐板構成，為了確保穩定，需要將液壓缸與物料缸的中心線處于同一條軸線上，并且與底架以螺栓聯接。支架系統能夠對液壓缸活塞的運用提供支撐與保護作用，為了便于物料缸活塞的裝配，可以設計30°的坡口。（3）液動閘的支撐座，液動閘支撐座主要是將液壓缸與閘板閥聯接起來，對于液壓缸起著支撐與聯接的作用，采用焊接加強版增強支撐座的強度，并且將設計與信號采集板相聯接，用于控制閘板閥的開關。（4）感應器的設計，在聯接卡箍、感應環、活塞桿聯接桿的設計測試裝置還要設計一些聯接件和采集信號用的感應器等，對于機械裝置進行合理控制。

3 吸入特性測試裝置應用情況

在對實物的試驗中，測試結果表明，吸入特性測試裝置設計能夠滿足試驗的要求，其中測試裝置的關鍵部位密封性能良好，能夠滿足物料吸入的要求，而且能夠有效的控制吸料速度，避免泵的泄露與吸空。吸入特性測試裝置機械設計的吸入容積的不同質量分數、不同吸料速度以及不同料缸長徑比的結果顯示，測試結果準確，對于機械裝置的控制具有較好的參考性。

4 結論

為了滿足生產的需求，需要合理的設計吸入特性測試裝置，從而確保機械裝置的穩定性與測試準確性，滿足工程實際需求。在本文的研究中，依照吸入特性測試裝置的工作原理以及組成結構，采用合適的部件設計與聯接方式，能夠滿足實驗以及實際生產的需求。

［1］趙學義,付建卓,崔玉江,等.煤泥的流變特性實驗研究[J].中國礦業大學學報,2006,35(1)：75-78.

［2］趙學義.高質量分數粘稠物料的分類與管道輸送特性的實驗研究[D].北京：中國礦業大學,2006.