2025【地下注浆工艺中的旋转喷浆机构设计案例综述4100字】.docx

地下注浆工艺中的旋转喷浆机构设计案例综述

目录

TOC\o1-2\h\u273791.1固定件 1

230161.2刀片环 2

5251.3轴系的设计以及装配 3

42911.4总体设计 8

这一部分是该毕设的一个重点项目。如果说之前的龙门架设计是为了整个系统做基础，那么这个旋转喷浆机构就是该毕设的核心项目。在讨论该机构的构成时，需要注意该项目需要完成的目标。这些目标分别是：

需要将速凝水泥导入到所需要的位置。这需要的不仅是一个可靠的水泥泵以泵送水泥，还需要是一根足够长、足够坚固的空心钢管，另外考虑到与水源接触，长期暴露在潮湿环境下，还需要对作为泵送水泥的钢管做可能的防锈处理以免出现故障。

速凝要求。在这里除了对水泥自身的要求之外，还需要的是对已经被泵送到指定位置的水泥进行快速搅拌以达到使水泥摊到较薄的状态，从而达到快速凝固的要求。因此在（1）的条件下还需要设计一套搅拌装置以达到以上目的。

传动要求。在（2）中已经提出，需要设计一套传动装置以满足设计要求。在定型电动机的同时，还需要考虑的是传动方式。在考虑到包括经济性、实用性和可能的失效形式后，需要对以下的传动方式进行讨论和选择：蜗杆传动、齿轮传动、皮带传动、链条传动等。

通过以上的要求不难看出，在这里需要设计一个将水泥泵送到指定位置的机构的同时还要满足对水泥进行搅拌以快速成型的旋转机构。很明显，在这里直接在作为水泥导管的钢管上设计一套旋转机构并不现实，因此需要在导管上设计一套拥有内外两层钢管的轴系作为传动装置的核心机构，并且为其做好密封以防止水泥倒灌入轴承和两钢管之间以造成卡顿的故障可能性，同时也要注意该机构的易于维护性以避免过于复杂的维护造成不必要的麻烦。

1.1固定件

这一零件是在Z轴上的固定件，在起到需要将旋转机构和驱动这一旋转机构的电机固定在Z轴上，随着Z轴进行上下移动的固定作用的同时完成部分对电动机和轴系的保护作用，该零件使用螺栓固定，同时使用螺栓固定在其上的电机和轴系。

图8固定件三维设计图

图9固定件设计图

1.2刀片环

在这里设计刀片环的作用是为水泥浆提供一个搅拌零件，通过电机的工作带动轴系的运动以完成旋转运动，其中完成固定的是螺栓，并且在连接处进行密封以保证轴系上的轴承和两钢管之间的空隙不被水泥倒灌已造成轴系卡死、传动失效甚至损坏电机的事故。

图10刀片环三维设计

图11刀片环设计

1.3轴系的设计以及装配

在轴系的设计中，需要注意的是，我们不仅仅要考虑到轴系的装配，还要考虑到电动机以及轴系之间的传动方式，并且要注意的是，在这个轴系的设计中，引入了法兰连接，而这里引入法兰连接的目的是在固定保护管内水泥泵送管的同时，在出现刀片环的密封失效的情况下对下半部分的轴系进行快速的拆卸以及清理更换，使得该机构在防止保护管与水泥泵送管出现磕碰减少使用寿命的同时，使装置便于维修保养，减少维修工作的繁琐程度。以下是具体的零件：

水泥输入管。该装置与浆泵系统通过一个连接弯头连接以完成对水泥的泵送。

连接弯头。

外置保护管。

管接法兰（连接法兰）。

密封件。

轴承。

从动轮

轴上端。这里的轴上端设计目的是在保护内部注入水泥管道的情况下，连接轴承、从动链轮及整个轴系，完成搅拌机构的运转。

刀片环。

图12连接弯头三维设计图

图13连接弯头设计图

图14轴上端三维设计图

图15轴上端设计图

图16连接法兰三维设计图

图17连接法兰设计图

图18轴系装配三维图

图19轴系装配设计图

通过所有轴系零件的设计以及组合，在这里完成了对轴系全部图纸的设计绘图和三维建模，并在Solidworks中进行组合，以达到设计中的保护水泥泵送管、搅拌水泥和便于进行机构维修及维护的轴系设计目标。

1.4总体设计

在总体上设计时，需要使用轴承固定轴系的同时还需要考虑两个问题：第一个问题是电动机的选型问题，第二个是电动机与轴系的传动方式。

对电机轴上的负载力矩的计算参考龙门架电机的选型计算，计算公式如下：

通过计算可知，Tm=2.36（Nm）

通过计算可知，J=0kgf.cm.s^2)0.0000239(kgf.cm.s^2)

因此在充分考虑额定功率、力矩以及负载惯量之后，选用YK-80ST-M02430这一伺服电机即可完成对该轴系的具体驱动工作。具体的伺服电机工作参数可以参考图6中的电机参数。

在电动机与轴系之间的传动方面，有以下的几种传动方式：

蜗杆传动：尽管该传动方式的机构十分紧凑，体积小，重量轻，并且传动过程中的噪音较小，但是该传动方式的成本过高，并且容易发热，可能导致加快传动失效的进度，因此不予选择。

齿轮传动：该传动方式的精度、效率较高，可以用作减速器，且工作效率高，使用寿命较长，但是在水下注