液压直驱泥浆泵的设计与研究

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泥浆泵作为定向钻进孔底马达的动力设备,输出特性须满足定向钻进工艺需求。本文结合中国煤炭科工集团西安研究院研制的定向钻进用钻机对机载泥浆泵性能参数的要求,采用新的液压传动思想,研制满足定向钻进工艺需求、流量平稳、外形尺寸符合履带钻机整体布局的BLY220/9新型液压直驱泥浆泵。  该泥浆泵是一种立式七缸单作用活塞泵,采用七组立式活塞组件沿圆周方向均布的结构形式,通过液压油驱动,将液压能直接转换为水力能,提高了传动效率。活塞组件由柔性相连的油压缸活塞组件和水力缸活塞组件构成,以降低其加工难度并改善受力状况。系统高压油进入油压缸,依次驱动球铰接于斜盘上的七个油压缸活塞组件和水力缸活塞组件一起往复运动,完成泵的吸水和排水过程。  本文根据往复泵的工作原理和定向钻进工艺对泥浆泵的参数要求,以及新的液压传动思想,确定了泥浆泵的总体设计方案。完成了传动机构、活塞组件、配油机构、泵阀、压力箱体等主要零部件的图纸设计,并对泥浆泵的主要运动构件斜盘和活塞组件进行静力学分析,将求出的各作用力的极值作为边界条件,分别进行了有限元静力学强度校核以及斜盘的模态分析,结果表明斜盘和活塞组件满足强度要求,且斜盘的动态特性满足设计要求。最后,通过物理样机的功能试验,验证了泥浆泵的传动设计思想和工作原理在实际应用中的正确性,以及关键零部件结构设计的合理性。  本文的研究有三个创新点,一是设计了新型液压直驱泥浆泵,彻底改变了泥浆泵的结构形式;二是采用浮环密封原理和动态平衡结构设计的配油轴;三是设计了柔性连接的活塞组件。  本文的研究成果对国内近水平长钻孔定向钻进装备整体性能的提高有一定的推进作用,所设计的新型液压直驱泥浆泵,丰富了液压驱动泵的设计理论并为今后相关的研究工作提供一定的借鉴经验。  本文的研究得到了中煤科工集团西安研究院技术创新项目“BLY220/9型液压直驱泥浆泵”的资助。
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