液压支架引射除尘器的优化研究毕业论文.doc

中国矿业大学（北京）本科生毕业设计（论文）中文题目：液压支架引射除尘器的优化研究英文题目：Optimization Research of Exhausting-flowing Removerin Hydraulic Support专题题目：基于Solidworks的液压支架引射除尘器的优化研究姓 名：张重泉学 号：1010430325学 院：机电与信息工程学院专 业：机械工程及自动化班 级：2010级3班指导教师：翟国栋职 称：副教授完成日期：2014年 6月 12日诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下独立完成的。除文中已经注明引用的内容外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。对本文做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。作者签名： 日期： 关于使用授权的说明本人完全了解中国矿业大学（北京）有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅或借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。作者签名： 导师签名： 日期： 中国矿业大学（北京）本科生毕业设计（论文）任务书学院：机电与信息工程学院专业：机械工程及自动化班级：机械10级3班姓名：张重泉学号：1010430325任务下达日期：2014 年 1 月 2 日任务完成日期：2014 年 6 月 9 日论文题目：液压支架引射除尘器的优化研究专题题目：基于Solidworks的液压支架引射除尘器的优化研究主要内容和要求：本项目通过分析综采工作面工作条件和工作环境，优化安装于液压支架的引射除尘器。其原理是高压水通过特制的喷水装置喷入引射筒，形成雾状水滴在引射筒中高速前进，从而在引射筒出水口的另一端产生负压，含尘空气在负压的作用下吸入引射筒，并与引射筒内水雾混合而被水滴捕集，粉尘和水雾混合后形成的含尘水雾高速撞向折流板，成为含尘废水排放到刮板输送机上，并由刮板输送机运出采煤工作面，从而达到降低工作面粉尘浓度的目的。1. 查找文献资料，了解煤矿粉尘防治和降除尘技术的发展现状；2. 了解煤矿开采过程和矿山机械的工作过程，深入研究高压水射流和负压捕尘的理论知识；3. 研究液压支架引射除尘器的工作环境，进行引射除尘器的总体结构设计计算；4. 完成引射除尘器总装图和部件图的设计和制图，并利用Solidworks软件完成全部图纸；5. 完成引射除尘器的造型设计；6. 完成引射除尘器的制造工艺设计，形成制造工艺卡片；7. 按要求撰写本科毕业设计开题报告及学士学位论文并答辩，完成本科毕业设计任务。教学院长签字： 指导教师签字：中国矿业大学（北京）本科生毕业设计（论文）结合科研说明书学院：学生姓名张重泉专业机械工程及自动化班级机械10级3班题目名称液压支架引射除尘器的优化研究题目种类题目类型应用研究指导教师翟国栋专业职称副教授科研课题基本情况科研课题名称液压支架引射除尘器的优化研究科研课题来源生产实际科研立项起止时间20 年至20 年主要研究内容:学生参与科研课题研究情况参与课题研究的内容：参与研究的工作量:系（教研室）意见学院意见毕业设计（论文）内容与科研课题相关，并且学生参与科研课题研究，同意认定毕业设计（论文）结合科研课题。系（教研室）主任签字：20 年 月 日毕业设计（论文）结合科研课题，并且符合学生创新学分认定要求，同意给予学生毕业设计（论文）结合科研创新学分。主管院长签字： 20 年 月 日摘 要引射除尘器利用高压水在引射筒内形成的负压作用而实现除尘功能，其结构简单，占用空间小，效率比较高，可方便地安装在液压支架上，满足了煤矿工作面除尘的作业要求。研究引射除尘器的结构和优化，对提高除尘效率，实现更高的性价比具有重要的意义。本文在引射除尘器设计的基础上，运用 SolidWorks 进行优化设计。以自顶向下的方法建立了引射除尘器的模型，利用Solidworks实现零件的三维制图，并完成总装图、部件图、虚拟装配图，并在此基础上进行优化研究。节省了成本，减少了设计人员的工作量，提高了设计效率。为将来除尘器的标准化、系列化和通用化奠定了基础。关键词：引射除尘器；Solidworks；优化设计。ABSTRACTExhausting-Flowing Remover achieves the dust removal function through the negative pressure produced by high pressure water in ejector cylinder. Exhausting-Flowing Remover has simple structure and higher efficiency, occupies small space. Whats more, it can be easily installed in the hydraulic support, suiting the coal characteristics and operational requirements. The study of the structure and optimization has important significance for improving the collection efficiency, and for achieving higher quality with low cost.In this paper, we optimize the design by using SolidWorks. On Solidworks platform, we make the three-dimensional drawing of its component、assembly drawing、parts drawing, and complete the virtual assemblage, thus we can conduct optimization on this basis. Ultimately, we can save the cost, reduce the workload of the designer, and improve the design efficiency, thus making preparation for the precipitators standardization, serialization and universal.The Keyword: Exhausting-Flowing Remover； Solidworks； Optimization.目录1 绪论11.1 研究的目的和意义11.2 国内外研究的概况11.3 研究内容32 引射除尘器的结构设计42.1引射除尘技术42.1.1水雾捕尘技术机理42.1.2引射除尘作用机理42.2引射除尘器工作原理和性能要求52.2.1工作过程52.2.2引射除尘器的总体性能要求62.3引射除尘器的总体结构62.3.1引射除尘器的安装位置62.3.2引射除尘器尺寸的确定72.4引射除尘器的零部件结构82.4.1 Solidworks简介82.4.2 总装92.4.3 联接耳102.4.4 引射筒102.4.5 折流板122.4.6 胶垫152.4.7喷嘴座152.4.8 喷嘴182.5 二维图的生成202.6 本章小结243 引射除尘器的优化253.1 数字样机技术253.2 虚拟装配253.3 爆炸视图和运动模拟273.4 数字化仿真技术293.5 引射筒直径的确定293.6 引射筒上喷嘴位置的确定303.7 本章小结304 制造工艺设计314.1 制造工艺简介314.2 零件的制造生产工艺334.3 典型零件的工艺过程334.4 本章小结375 结论385.1 全文总结385.2 展望与建议38参考文献39致 谢40中国矿业大学（北京）2014届本科生毕业设计（论文）41 1 绪论1.1 研究的目的和意义煤矿粉尘影响矿井安全生产，威胁职工身体健康，是煤矿五大灾害之一。近几年煤炭产量发展迅速，机械化水平大幅度提高，煤矿井下在掘进、采煤、运输等环节中都会产生大量的粉尘，严重威胁矿井的安全生产和职工的身体健康。有效控制粉尘，降低粉尘浓度，改善工作环境、杜绝煤尘事故，是煤矿安全生产的一个重要环节，抓好矿井综合防尘工作，对促进矿井安全生产，保障职工身体健康具有重大意义。煤矿粉尘是指在煤矿开拓、掘进、回采和提升运输等生产过程中产生，并能长时间悬浮于空气中的岩石和煤炭的细微颗粒，也简称为矿尘。煤矿粉尘的危害性主要表现在4个方面。一是煤尘的自燃性和爆炸性。煤尘爆炸危险普遍存在，危害严重。二是严重的职业危害。比如煤炭行业尘肺病。三是降低了工作场所的能见度。在井下某些工作面煤尘浓度高，其能见度极低，往往导致误操作，增加工伤事故的发生。四是加速机械磨损。矿尘对机械设备的影响，表现在加速机械的磨损，缩短精密仪器的寿命等。控制煤矿尘害已成为煤炭行业安全管理中主要内容之一，而要控制尘害，最有效的措施就是大幅降低作业场所空气中的粉尘浓度。引射除尘器是一种有效的湿式除尘设备，对其研究并进行优化设计，对采矿除尘具有重要意义。1.2 国内外研究的概况煤矿生产过程中，如钻眼作业、爆破作业、采掘、运输等各个环节都会产生大量的矿尘。为此控制的重点就是如何减少、降低这几个区域的产尘量，把矿尘控制在安全浓度以下。目前多采用以下几种方法：（1）减少和抑制尘源产生。在抑制尘源的同时必须降低呼吸性粉尘浓度。该方法是防尘工作的治本性方法，它不仅可以减小总产尘量，同时可以减少呼吸性粉尘的比例，是矿井控尘中优先采用的技术措施。减少和抑制尘源产生的主要技术措施有：煤层注水、湿式打眼、水炮泥、采掘机械内外喷雾等。煤层注水是利用水的压力通过钻孔把水注入即将回采的煤层中，使煤体得到预先湿润，减少采煤过程中浮游煤尘的产尘量。这种措施降尘效果较好，一般可降低矿尘浓度60%90%左右。国外有些国家在煤层注水中加湿润剂，提高了湿润程度和降尘的效果。（2）降低悬浮矿尘。采用抑制尘源的措施后，仍有一定量的矿尘悬浮在矿井风流中，对这部分矿尘采取采煤机内外喷雾、液压支架移架自动喷雾、转载点、回风巷等点采取定点喷雾洒水等技术措施使其沉降，以降低风流中的矿尘浓度。喷雾技术的关键是喷嘴要能形成良好降尘效果的雾流。美国和前苏联等国家还在雾流参数方面进行了大量研究，并建立了喷嘴检测中心，保证了喷嘴的生产质量和使用效果。（3）通风除尘。对一些颗粒极小的矿尘，特别是呼吸性矿尘，在采取了喷雾技术后，仍有一部分矿尘粒难以沉降，继续悬浮在空气中。为此，可加强通风和改变通风方式，使其不断被风流稀释并排除，同时可附加专门的除尘设备，使风流中浮游矿尘聚集之后被清除。例如利用除尘器除尘，将空气中的矿尘分离出来，从而达到除尘的目的。目前，国外一些主要产煤国家都在煤矿井下广泛用除尘器进行除尘。美国采用了除尘风机、湿式纤维除尘器、小旋风除尘器等。英国在掘进巷道及掘进机上采用了湿式洗涤除尘器和湿式过滤除尘器。德国在破碎机处、转载点、掘进机上采用了干式布袋除尘器。国外的除尘设备一般体积大、较笨重，但除尘效率高，消音效果好，处理污染风量大。国内应用比较普遍的主要是除尘风机、风水除尘器以及负压二次降尘技术等，除尘效果也较好。（4）加湿润剂。针对一些降低总尘量效果较好而对降低呼吸性矿尘量不够理想的技术措施。在这种情况下，需采取提高呼吸性矿尘降尘效果的强化技术措施，如在水中加湿润剂措施。由于水的表面张力较大，对粒径较小的矿尘降尘率在30%以下。水中加入湿润剂后，可大大增加水溶液对矿尘的侵润性，从而提高降尘效果。我国煤矿采用的湿润剂有JFC、HY、SR-1等，其降尘率一般较清水提高60%90。（5）磁化水抑尘。水经磁化处理后，使水的黏度降低，晶体结构变小、水珠变细，有利于提高水的雾化程度，增加水与尘粒的接触机会，从而提高降尘效果。磁化水的平均降尘率一般较清水提高1.91倍。（6）泡沫除尘。泡沫除尘是用专门的泡沫发生装置向尘源喷射泡沫，刚刚生成的矿尘被无间隙泡沫覆盖得以湿润，失去飞扬能力。泡沫除尘同喷雾洒水除尘相比，其耗水量减少一半以上。这种除尘技术在美国、前苏联、波兰等国家得到广泛应用，并已研究出定型的符合安全卫生和使用要求的廉价发泡剂。还根据不同的尘源要求，研究出不同型号的泡沫除尘配套系列设备。泡沫除尘适用于尘源较固定的作业地点，如综采机组、皮带运输机等，一般除尘率可达90%以上。目前我国在采煤工作面采取的防降尘主要技术有煤体预注水防尘、喷雾降尘、引射除尘器除尘3类。放煤口引射除尘器安装于综放液压支架掩护梁放煤口处,通过优化其结构提高除尘效率,有效地降低综放工作面放煤口放煤产尘,改善整个综放工作面的作业环境。引射除尘器一般与液压支架相配套，具有一定的除尘效果。1.3 研究内容本文围绕引射除尘器的设计理论、参数化设计展开相关的研究，主要内容包括引射除尘器的结构设计、三维造型和模拟仿真优化。并对部分零件的制造工艺进行设计。（1）根据产品的设计要求，针对不同的零部件，采用三维建模方法，构造除尘器零部件的数字化模型，并完成数字化样机的设计；（2）在solidworks运行环境中建立除尘器数字化模型；（3）将数字化模型进行仿真分析，进行虚拟装配，虚拟分析；对重点零件进行分析、优化设计。2 引射除尘器的结构设计2.1引射除尘技术2.1.1水雾捕尘技术机理1976年，美国学者布朗和斯考温格德提出了微细水雾捕尘理论。认为在微细水雾中，不仅存在着各种动力学现象，而且还有蒸发、凝结以及水蒸气浓度差异造成的扩散现象等，这都对呼吸性粉尘的捕集起重要作用。所以，对于微细水雾存在着多种捕尘机理：（1）动力学机理。在喷雾中，大粒径液滴仍是利用空气动力学机理来捕尘的，即通过粉尘粒子与液滴的惯性碰撞、拦截以及凝聚、扩散等作用实现液滴对粉尘的捕集；（2）云物理学机理。微细水雾喷向含尘空间，在很短时间内蒸发时，使喷雾区水汽迅速饱和，过饱和水汽凝结在粉尘粒子上，产生凝聚和并合的微物理过程-冷凝核化，使携带着粉尘粒子的云滴和其它水雾粒相互碰撞、凝并进而增重下沉，形成“雨”降落下来；（3）斯蒂芬流的输运机理。在喷雾区内液滴迅速蒸发时，在液滴附近区域内会造成蒸汽组分的浓度梯度形成由液滴向外流动扩散的斯蒂芬流。另外，当蒸汽在某一核上凝结时，也会造成核周围蒸汽浓度的不断降低，形成由周围向凝结核运动的斯蒂芬流。因此，悬浮于喷雾区中的粉尘粒子，必然会在斯蒂芬流的输运作用下迁移运动，最后接触并粘附在凝结液滴上被润湿捕集。2.1.2引射除尘作用机理引射器主要部件包括引射筒和安装于引射筒内的喷嘴。由于引射器喷嘴喷雾压力较高，产生的雾气流速很快，动能较大，形成高压射流，加之高速雾气流的扩散直径大于引射筒直径，把引射筒全密闭充满，高速雾流在引射筒内呈紊流状态高速推进，形成水雾活塞，引射筒前方的空气被源源不断的水雾推出去，引射筒的后部及整个降尘装置周围产生了很强的负压空间场，因而可以把采煤机滚筒及附近含尘浓度高的空气吸入到降尘装置内，粉尘与水雾在引射筒里而不断地结合、反复碰撞、重新组合，大部分粉尘与雾粒结合在引射筒中沉降下来，部分粉尘连同水雾撞击在折流板上，失去了在空气中的悬浮能力，很快降落下来，从而起到负压降尘的作用。引射筒内粉尘的捕集可以分为以下四种方式：（1）重力捕集：大尘粒依靠自身重力进入水滴。（2）惯性碰撞捕集：较大尘粒在运动过程中遇到液滴时，其自身的惯性作用使得它们不能沿流线绕过液滴仍保持其原来方向运动而碰撞到液滴，从而被液滴捕集。（3）截留捕集：当尘粒随气流直接向液滴运动时，若尘粒与液滴的距离在一定范围以内，该尘粒将被液滴吸引并捕集。（4）布朗扩散捕集：微细尘粒随气流运动时，由于布朗扩散作用，而沉积在液滴上。2.2引射除尘器工作原理和性能要求引射除尘器包括集气罩、引射筒、喷水装置和折流板四大部分（参见图2-1）。其工作原理如下：2.2.1工作过程放煤时，高压水通过特制的喷水装置喷入引射筒。喷出的高压水在引射筒中呈雾状。雾状水滴在引射筒中高速前进，从而在集气罩端口处产生负压。在负压的作用下，工作面的含尘空气被吸入引射筒；当它与水雾混合时，其中的粉尘被水滴捕集。粉尘与水滴混合后，在折流板的作用下，成为含尘废水，被排放到输送机上，与煤一起运出。工作面的粉尘浓度因此得到降低。2.2.2引射除尘器的总体性能要求（1） 吸尘量大吸尘量是单位时间内吸入的含尘气体的体积、即吸风量的大小。由除尘器的工作原理可知，影响这一指标的因素有供水压力、喷嘴性能、引射器结构等。（2）粉尘捕集能力高使进入除尘器的粉尘最大限度的被水滴捕集。影响粉尘捕集能力的主要因素有雾滴的速度和粒径的大小等。一般认为雾滴直径应控制在2050mm范围内，最大不超过200mm；雾滴速度以2030m/s以上为宜。（3）液气比小液气比（）是指除尘器消耗水量与吸入的含尘气体量的比值。一般情况下，湿式除尘器中最大气流速度在40150m/s之间，液气比在1:666.71:3333.3之间，以选用1:10001:1428.6为多。由于除尘器消耗的水量几乎全部排入运出的煤中，水量过大会影响出煤质量，因此设计中应尽量降低液气。2.3引射除尘器的总体结构2.3.1引射除尘器的安装位置本项目所设计的引射除尘器应用于HFS440/19/28（A）液压支架上。这是一种中位放顶煤液压支架，这种液压支架的放煤口位于支架高度的中部，即在掩护梁上。工作面为双输送机，前输送机在顶梁下面，后输送机在掩护梁下面，一前一后分别输送采煤机的落煤和放落的顶煤。前输送机紧挨着人行道，为了保证工作人员的安全，不宜在其上方安装除尘器；立柱之间有许多管线，还有控制阀，也不宜安装除尘器。只有掩护梁下方空间较大，且无工作人员通过。基于这些原因，决定把除尘器安装在掩护梁上，后输送机的上方。除尘器不能挡住放煤口，应安装在天窗外侧。制约除尘器总长度的主要因素为输送机上的堆煤高度、吸尘口位置和输送机位置。如图2-2所示。图2-2 引射除尘器的安装位置2.3.2引射除尘器尺寸的确定制约除尘器总长度的主要因素为堆煤高度和输送机位置。除尘器要保证煤的最高点不触及除尘器。根据上述条件，得总长度计算见图（图2-3）。已知，工作高度H=2500mm，顶梁上顶面距铰链距离L1=200mm，底座下底面距铰链距离L2=1000mm，掩护梁长度L3=2380mm，A点距铰链距离L4=1640mm，堆煤高度H1=650mm，输送机距下底面距离为300mm。图2-3 引射器总长度计算简图由图可知，引射除尘器总长度L应满足以下关系：Lsin+H1+300L4sin+L2sin=0.5462 L L=1732mm在L小于1732mm范围内，考虑折流板与输送机的相对位置，最后确定总长度为1180mm。在宽度方向上掩护梁护板留给除尘器的空间为250mm。考虑到与除尘器相连接的高压水管也要占据一定的空间，最后确定总宽度为170mm。在高度方向上尺寸的确定因素是考虑到与宽度尺寸的协调，确定为225mm。2.4引射除尘器的零部件结构图2-4 solidworks界面在能实现除尘的前提下，力求结构简单。依此原则设计。利用Solidworks进行设计制图（图2-4）。2.4.1 Solidworks简介Solidworks是一套机械设计自动化软件，采用用户熟悉的windows图形用户界面，由美国solidworks公司于1995年11月研制开发的，它提供基于特征的实体建模功能，通过拉伸、旋转、薄壁、高级曲面、抽壳、筋、列阵以及打孔等特征操作实现产品设计。目前较新的版本，可以十分方便地实现复杂的三维零件实体造型、复杂装配和生成工程图，图形界面友好，操作方便，易于掌握，广泛应用于机械、汽车、航空等领域。Solidworks具有如下基本特性：（1）Solidworks模型由零件、装配体及工程图组成、并且三者具有联动功能，可以相互转化。（2）Solidworks使用三维设计方法设计零件时，从初始草图开始，创建一个三维零件模型，并且用这个三维零件模型可建立二维工程图和三维装配体。（3）Solidworks是一种尺寸驱动系统，可指定尺寸和各实体之间的关系，改变尺寸就能改变零件的尺寸和形状，并保留原有设计意图。（4）具有特征造型功能，一般可用草图建立一个基本特征，然后附加上更多的特征，最终建立零件模型。（5）给定材料或密度 SolidWorks 可以根据模型形状自动计算重量，精确度100%，大大简化了设计者的计算量。（6）SolidWorks 可安装一些插件，提供有限元计算的优异分析功能。进行仿真模拟。随着solidworks的不断完善，已逐渐运用到国内生产制造业的各个行业之中，对加快设计和制造速度，降低生产成本有很大的意义。solidworks便于进行二次开发，并且在一些领域已经产生了具有一定实用价值的产品。2.4.2 总装按照加工要求，把机体分成了四大部分，即集气罩、引射筒、喷嘴座和折流板。集气罩以焊接的方式与引射筒相联，喷嘴座和折流板均通过螺栓与引射筒相联。如图2-5。图2-5 总装图2.4.3 联接耳用于把除尘器联到液压支架的掩护梁上。如图2-6。图2-6 联接耳2.4.4 引射筒引射筒是引射除尘器的主要组成部分。喷嘴在引射筒内射流而形成负压区，粉尘由引射筒口吸入，并在引射筒中与水雾混和凝并。引射筒的结构对引射除尘器的负压大小和粉尘与水雾的溶和状况有很大影响。引射筒的型式很多，但大致分为变径管和不变径管两类。考虑到变径管的加工工艺复杂，成本较高，而综采工作面所用引射除尘器的数量很大，大大增加了煤矿的投入，因此，我们决定选用不变径管作为引射筒。引射筒通过联接板来联接集气罩和折流板。引射筒是吸尘和降尘的主要部件，引射筒尺寸和喷嘴在其上面的安装位置均是由试验确定的，比如其直径和长度的确定，开口位置及功能等。集气罩用来引导利用矿井巷道的主风流，其部件图如图2-7。集气罩由板1、板2、板3组成。如图2-8、2-9、2-10。图2-7 集气罩图2-8 板1图2-9 板2图2-10 板3引射筒如图2-11。图2-12 联接板图2-11 引射筒联接板如图2-12。2.4.5 折流板折流板的作用是使含尘废水改变方向，让废水流入输送机，以免它积留在采煤工作面上。但是折流板的存在，会在除尘器出水口处产生回风，影响除尘器的除尘效率。折流板主要包括联接板、挡水板、斜套和螺杆。挡水板是该部件的主要组成部分，它的主要作用是使废水流到煤输送机上。螺杆用来加固挡水板，斜套用来安装螺杆。折流板部件图如图2-13。挡水板如图2-14。图2-13 折流板图2-14 挡流板斜套如图2-15。图2-15 斜套螺杆如图2-16。图2-16 螺杆2.4.6 胶垫放置在喷嘴座与引射筒的接触部位，减少两者的碰撞。如图2-17。图2-17 胶垫2.4.7喷嘴座主要包括喷嘴底座、过渡接头和弧形盖板。喷嘴底座用来把喷嘴固定在过渡接头上。喷嘴座部件图如图2-18。图2-18 喷嘴座过渡接头是高压供水系统和除尘器的连接部件。如图2-19。图2-19 过渡接头喷嘴底座如图2-20。图2-20 喷嘴底座弧形盖板起密封作用。如图2-21。图2-21 弧形盖板2.4.8 喷嘴喷嘴是引射除尘器中喷水装置的关键部件，它的性能包括喷出雾粒的大小、速度及水雾的雾化角等，喷嘴的性能直接影响引射除尘器的效率指标。喷嘴按用途大致分为三类：（1）用于切割的喷嘴。影响这种喷嘴性能的参数主要是喷嘴出口处的锥角和喷嘴出口段的长度。（2）用于清洗的喷嘴。其结构与切割用喷嘴基本相同，只是要求冲击力不能过大，以保证清洗对象不受损伤。有时为增大清洗面积，还在普通喷嘴出口处开个浅槽，这就是所谓的扇形喷嘴。水流出时，沿槽的方向展开为扇形，以增大清洗面积。（3）着重雾化效果的喷嘴。这种喷嘴多用于喷涂、降尘等。例如：螺旋流体雾化喷嘴，旋流室导流沟的轴线与平面成一定角度，目的是增加旋流体的紊流度，经喷嘴喷射后水雾呈实心锥伞状。从结构型式看，喷嘴又分为有旋芯和无旋芯两种型式。雾化用喷嘴均有旋芯，切割用喷嘴一般无旋芯。旋芯是雾化的关键，旋芯的旋转增加水流的紊流度，把部分水射流的压力能转化成细微水滴的速度能，使水流得以雾化。 引射除尘器的喷嘴既要求喷出的射流有较高的速度，又要求雾化效果好。因此，在原来高压射流切割用喷嘴的基础上，加上旋芯，更能满足我们的要求。有旋芯喷嘴在吸风量和雾化效果上明显好于无旋芯喷嘴。所以我们选用了有旋芯的结构型式。旋芯的中心开有一个直通孔，旋芯外表面有螺旋槽。当高压水进入喷嘴时，将形成几股水流。一股沿旋芯中心孔前进，其余几股沿螺纹的螺旋沟槽旋转前进。多股水在喷嘴出口处汇合并喷出，形成实心锥伞状的射流。喷嘴旋芯如图2-22。图2-22 喷嘴旋芯喷嘴外壳如图2-23。图2-23 喷嘴外壳2.5 二维图的生成利用Solidworks，可以方便地把三维图生成二维工程图。其缺点是对于某些零件，二维图带有壁厚，会影响图样。以下为几张图例。联接耳二维图如图2-24。图2-24 联接耳二维图板1二维图如图2-25。图2-25 板1二维图板2二维图如图2-26。图2-26 板2二维图板3二维图如图2-27。图2-27 板3二维图联接板二维图如图2-28。图2-28 连接板二维图斜套二维图如图2-29。图2-29 斜套二维图胶垫二维图如图2-30。图2-30 胶垫二维图2.6 本章小结本章首先介绍了引射除尘技术和了引射除尘器工作原理和性能要求，然后对引射除尘器进行总体结构设计，接着通过Solidworks软件对引射除尘器的零部件进行结构设计，并生成二维图。3 引射除尘器的优化3.1 数字样机技术数字样机技术是以CAX/DFX技术为基础，以机械系统运动学、动力学和控制论为核心，融和虚拟现实、仿真技术、三维计算机图形技术，将分散的产品设计开发和分析过程集成在一起，使产品的设计者、制造者和使用者在产品研制的早期可以直观形象地对数字化的虚拟原形产品进行设计优化、性能测试、制造仿真和使用仿真,为产品的设计研发提供全新的数字化设计方法。对数字样机的认识,从计算机图形学的角度出发,数字样机等同于虚拟样机，虚拟样机技术利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型，分析和评估系统的性能，在虚拟的环境中逼真地分析和显示产品的全部特征，以代替或精简物理样机。通过虚拟样机可进行计算机辅助工程(CAE)设计，即针对数字样机进行工程分析，如仿真分析，模拟真实条件下的运动特性，计算产品的受力情况，寻找最佳优化设计方案。对于设计中的缺陷和不足，可以很方便地做出修改和补充。数字样机具有以下特点：（1）真实性：真实性是数字化样机最本质的属性，能够在几何物理与行为各个方面逼近物理样机。（2）面向产品全生命周期：数字化样机技术是对物理产品全方位的一种计算机仿真。（3）多领域多学科：复杂产品设计往往涉及机械、控制、电子、液压、汽动等多个不同领域。下面从虚拟装配、爆炸视图等几个方面，阐述数字样机技术在除尘器设计优化方面的实现。3.2 虚拟装配虚拟装配一般定义为：无需产品或支撑过程的物理实现，只需通过分析、检验模型、可视化和数据表达等手段，利用计算机工具来安排或辅助与装配有关的工程决策。虚拟装配是一种将可视化技术、仿真技术、决策理论及装配和制造过程研究、虚拟现实技术等多种技术加以综合运用的技术。虚拟装配是数字化样机技术的一部分，也是计算机辅助工程的一个主要的环节。利用虚拟装配，可以验证装配设计和装配关系的正确与否，以便及早的发现设计和装配中的问题，便于及早的对模型的设计进行修改，并通过虚拟样机显示装配关系和装配过程。传统设计中出现的问题，往往在装配过程中出现，并带来很大的损失。所以，应在数字化样机阶段就发现问题并解决问题，这样就可以节约大量的研发经费，并能显著缩短产品的研制周期。因此,对于虚拟装配技术的研究能够大幅度降低产品成本、提高产品质量和可靠性，缩短产品的上市周期，有十分重要的意义。基于特征的零部件虚拟装配设计一般有两种方式，自顶向下和自底向上的设计方式。自顶向下的设计是首先进行装配设计，然后在装配环境下进行零部件的设计；自底向上的设计是首先进行零件设计，然后采用已经设计好的零件进行各级部件和整机的装配。对隐身除尘器数字化装配设计采用采用自底向上的装配方式，也就是先进行零件设计,然后进行部件和整机的装配。具体过程是：首先确定装配层次，即给各个装配单元分级，按顺序装配；其次是要确定装配约束，限制零件的自由度，确定零件位置关系；然后进行装配体的干涉检查，可进行静态和动态的干涉检查，并可将装配体的零部件依次按一定的方向和路径移开生成装配体的分解视图。所以,对于引射除尘器数字化设计中虚拟装配的过程是在完成零部件三维建模和造型的基础上，根据零部件之间装配关系和约束条件，在虚拟环境中进行设计组装，并进行相应的检验。从而对设计进行分析评价，对不合理的设计进行修改，达到优化组合的目的。使用数字样机，可方便地对本项目实现模拟尺寸改变以进行优化。（1）对引射筒的几何参数的数字控制，如引射筒直径、长度，以及开口位置、大小，斜面角度等。（2）对于喷嘴，可以方便地改变旋芯头数、旋芯直径，以及改变其牙型等。（3）对于折流板，可以改变其角度。（4）对于集气罩，可以改变板子尺寸及组合。（5）对于总装配图，可以实现改变喷嘴位置，水平垂直方向。3.3 爆炸视图和运动模拟利用虚拟装配的技术建立引射除尘器的数字化模型后，对其采用爆炸视图的功能进行干涉检查、动态检验各零件设计是否正确、零件之间的间隙是否合理，以便及时发现设计中的错误，避免生产制造中由于设计装配不合理而造成的浪费。复杂的装配体由许多零部件所组成，有些零部件在装配后被其他的零件所遮盖，无法通过装配体体现其装配关系，这时需要爆炸视图来表达装配体内部的装配关系，也就是一种分解装配体的视图表达形式。通过爆炸视图逐步添加分解步骤，按照设计意图确定移开零件的路径和距离,就可以轻松地生成爆炸视图。这样,装配关系、装拆过程一目了然。装配体的爆炸过程、爆炸视图及解除爆炸过程还可以录制成基于windows格式的动画文件模拟装拆过程。以下为引射除尘器的爆炸视图。图3-8 主管爆炸视图引射筒爆炸视图。如图3-8。折流板爆炸视图。如图3-9。图3-9 折流板爆炸视图图3-10 喷嘴座爆炸视图喷嘴座爆炸视图。如图3-10。总装配图爆炸视图。如图3-11。图3-11 总装配图爆炸视图综上所述,利用数字化虚拟样机技术，可实现引射除尘器开发过程中的如下功能:（1）用solidworks对除尘器进行零件三维实体进行造型设计以及虚拟装配设计。阐述了虚拟样机的装配过程和方法，正确地表达了零件的装配关系。（2）对虚拟样机进行干涉、间隙检查，验证了装配关系的合理性，利用solidworks的生成爆炸视图、解除爆炸视图以及模拟装拆过程，并可借助Animotor插件动态模拟这个工作过程，验证设计的正确性和可行性。所以，利用数字化样机技术可以在设计阶段进行部件的装配、机构运动模拟受力分析，并可根据分析的结果，开展结构优化设计工作，大大减少试制试验过程，提高质量，降低成本，缩短开发周期，为结构优化及可靠性提供依据。3.4 数字化仿真技术计算机仿真技术是在数字化样机的基础上利用数字化模型对真实系统进行模拟和研究，在数字化样机上运行设备及演示工作情况并能提供模拟后的相关数据信息供设计者进行分析和改进，从而取代物理仿真，达到提高效率、节约成本的目的。机械模拟仿真主要体现两方面内容：（1）用虚拟样机技术对整机或装配体的工作状况进行仿真，进行样机工作状况的模拟，并生成分析曲线，并可以分析及预测产品的整体性能；（2）另一方面是运用有限元分析的方法对零部件结构工作性能进行分析，进而选择合适的材料，设计合理的截面形状尺寸，达到既安全又适用的前提下，最大限度的发挥材料的经济性能。本文以引射除尘器为数字化模型，模拟试验，对部分零件进行优化设计，有效地阐述了数字化设计中的仿真技术在机械设计及其自动化方面的应用。结构优化目标有如下几方面：找出更好的液气比。提高除尘效率。增大负压。本文重点以压强为优化目标。3.5 引射筒直径的确定为了找到合适的直径参数，在风速测试系统中保持其它参数不变的条件下，只改变引射筒的直径D，观察了直径对吸风量的影响情况。实验表明：当引射筒直径较小时，引射筒的吸风量随直径的增大而增大；当引射筒直径达到某个值后，直径的增大反而使吸风量下降。模拟结果如图，由于引射除尘器安装在液压支架上，考虑到井下操作工的安全，其空间极限尺寸为：长1198mm，宽350mm，高250mm，加之实验室的条件，采用长度为950mm，内径为102mm的引射筒。在模拟仿真软件solidworks中，运用简化的模型进行模拟，设定入口的水流流速为25m/s，对3种直径的风筒进行分析。得到不同的静压图与目标总压图，进行数据比较。由于风筒进风量，正比于入口面积与压强的乘积，根据图中数据比较，并考虑实际中的因素，确定102mm为最佳尺寸。3.6 引射筒上喷嘴位置的确定喷嘴装在引射筒中心线上，喷嘴喷出的水雾与引射筒壁作用，呈紊流状态向前推进， 形成“活塞效应”而产生负压。在引射筒长度和直径确定的前提下，喷嘴在引射筒上的轴向位置，直接影响“活塞效应”，进而影响负压，影响到除尘器的性能。在solidworks里，设定入口水流速度25m/s，改变喷嘴的位置，并模拟分析得到进风口的压力值。对5个位置进行模拟，分为为距离进风口距离50mm、80mm、100mm、120mm、150mm。得到不同的静压图与目标总压图。根据图中数据比较，综上