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1、上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 1 目目 录录 摘 要 3 ABSTRACT 4 0 引言 5 0 1 课题的来源 目的 意义以及理论价值 5 0 2 课题涉及学科的前沿展望及目前状况 6 0 2 1 科学前沿与展望 6 0 2 2 目前状况 8 1 压缩空气泡沫系统基本机理及特点 9 1 1 系统的基本组成 9 1 2 系统的工作原理及应用 10 1 3 CAFS 特点 10 2 压缩空气泡沫消防车产品性能 11 3 取力器的结构设计 15 3 1 取力器概述 15 3 1 1 概述 15 3 1 2 取力器的应用范围 17 3 1 3 取力器的选型 17
2、3 2 取力器的设计思路 19 3 2 1 问题的提出 19 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 2 3 2 2 根据发动机的总功率确定配套消防水泵的型号 19 3 2 3 取力点的选择 根据发动机曲线图进行选择 20 3 2 4 取力器传动比的优选法 21 3 2 5 齿轮参数的确定 24 3 2 6 校核 25 3 3 取力器的结构设计 25 3 3 1 发动机及水泵参数的确定 25 3 3 2 取力器总传动比及各级传动比的确定 26 3 3 3 齿轮传动设计计算 28 3 3 4 各轴尺寸设计 42 3 3 5 传动轴强度计算 46 3 3 6 轴承的选择及
3、寿命计算 49 3 3 7 润滑与密封 51 3 3 8 箱体结构 54 4 干涉校合及齿轮啮合度的模拟 55 5 全文总结 63 参考文献 65 附 录 66 译 文 67 原文说明 80 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 3 摘摘 要要 本课题以压缩空气泡沫系统的基本原理和特点为基础 通过对原取 力传动装置的速比及整车动力性能的计算分析 以研发具有自主知识产 权的压缩空气泡沫系统为目的 对压缩空气泡沫系统的取力传动装置进 行设计 通过对国内外关于本课题研究进展的调查 文献检索和方案论 证 深入理解压缩空气泡沫系统的工作原理 在此基础上 对原有结构 进行改进设
4、计 并完成改进后的取力器传动装置相关零件的二维图纸 主要工作为对各零件的结构尺寸设计及强度校核 其中 重点是对 齿轮的强度 啮合度的计算及检验 对传动轴的结构及强度进行计算和 分析 对轴承进行使用寿命的计算 各轴端密封件及箱体的结构设计 最后以 UGS 公司的 Unigraphics NX 4 0 作为软件平台 对该取力传动装 置的传动系进行运动仿真 检验该装置传动系的运动干涉情况及各齿轮 的啮合度是否达到设计要求 关键词关键词 压缩空气泡沫系统 取力器 实体模型 运动仿真 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 4 The Design of Power Takeo
5、ff for Compressed Air Foam System ABSTRACT Based on the fundamental principles and features of compressed air foam system CAFS this thesis devises a correspondent design of its power takeoff setting after careful analyses of the original design and calculations of its dynamic functions which aims at
6、 a CAFS with a Self dominated Intellectual Property Right The new design begins with an in depth research of international resources related to this subject Then an improved draft of the spare parts of the power takeoff setting is made as a result of a thorough understanding of the CAFS functions Th
7、e major work is the structural of the parts s designing and strengh checking Among them the key point is to testing the gears s strengh and meshing degrees checking the axis and bearing s strengh At last a modeling is built with UG as the auxiliary designing software in order to simulate the working
8、 process of the setting KEY WORDS Compressed Air Foam System Power Takeoff Modeling Working Process 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 5 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 陈佳杰陈佳杰 02610970261097 0 0 引言引言 0 10 1 课题的来源 目的 意义以及理论价值课题的来源 目的 意义以及理论价值 随着石油化学工业的发展石油化工类产品的火灾频频发生 传统灭 火剂 水对其无能为力 所以从19世纪末以来人们就致力于开发
9、并研制 扑救可燃液体火灾的方法和灭火剂 1890年劳兰特首先研制成功了通过 化学反应 产生化学泡沫的灭火方法并在工业上得到了应用 1937年萨 莫发明了用天然蛋白质水解制取蛋白泡沫灭火剂 此后蛋白泡沫灭火剂 作为一种重要的泡沫灭火剂 一直使用至今 1964年美国科学家图夫等 人研制成功了水成膜泡沫灭火剂AFFF 20世纪70年代以后美英等国又研 制出多用型水成膜泡沫灭火剂 抗溶水成膜泡沫灭火剂AFFF AR 氟蛋白 泡沫灭火剂FP 成膜氟蛋白泡沫灭火剂FFFP及抗溶成膜氟蛋白泡沫灭火 剂FFFP AR等多种泡沫灭火剂 我国在20世纪60年代出现了蛋白泡沫 到 20世纪70年代中期以后也逐渐出现
10、了氟蛋白泡沫水成膜泡沫抗溶水成膜 泡沫等 泡沫灭火系统的基本组成为 水源 消防泵或消防车 泡沫比例混 合装置 泡沫产生设备或泡沫喷射设备 阀门 管路及控制设备等 系 统通过泡沫比例混合装置将泡沫灭火剂与消防泵打出的消防压力水按规 定比例自动混合形成泡沫混合液 通过管网将其送至泡沫产生设备或泡 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 6 沫喷射设备 从而实施喷射泡沫灭火 泡沫灭火系统的构成如图0 1 所 示 图0 1 泡沫灭火系统构成图 压缩空气泡沫灭火系统 以下简称 CAFS 是当今世界消防领域最有 前景的灭火系统 目前 在欧美国家 CAFS 已广泛应用于城市 乡村
11、高 层建筑 野外消防和森林防火等各方面 而该系统在我国使用还处于发 展阶段 0 20 2 课题涉及学科的前沿展望及目前状况课题涉及学科的前沿展望及目前状况 0 2 10 2 1 科学前沿与展望科学前沿与展望 在国外工业发达国家泵入平衡压力式泡沫比例混合装置和贮罐压力 式泡沫比例混合装置同样得到了广泛生产和应用 在国外 全球著名的 消防企业包括 Viking公司 Chemguard公司 Angus公司 Ansul公司等 都生产有规格齐全的该类产品 比如 Viking公司生产有FOAMPAK系列泵 入平衡压力式泡沫比例混合装置产品 Chemguard公司生产有BPP系列和 ILBP系列产品 Ang
12、us公司生产有HELIJECTOR系列产品这些公司都无一例 外的将该产品作为泡沫比例混合装备的主要产品 加以重点推广应用 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 7 如图0 2所示为国外生产的泵入平衡压力式泡沫比例混合装置 图0 3所 示为国外采用泵入平衡压力式泡沫灭火系统保护着巨大的易燃液体罐区 图0 2 国外生产的泵入平衡压力式泡沫比例混合装置 图0 3 国外采用泵入平衡压力式泡沫灭火系统保护大型油罐区 1 取得的主要成果 根据上海市科委下达的开发研究项目项目编号 02JG05017 石油化 工高效环保型灭火技术与设备的研究 成功地研制开发出泵入平衡 压力式泡沫比
13、例混合装置产品 填补了国内空白 其性能指标接近国 外同类产品先进水平 根据理论上的分析 证明了采用自动调压供液装置向射流式泡沫比 例混合器供泡沫液时 只要保证供液压力P2与混合器喷嘴前消防水压 力P1一致 即能得到定比例的泡沫混合液 即混合比R与消防水流量 和压力参数无关 仅取决于泡沫比例混合器的结构参数 混合比R计 算公式为式 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 8 0 1 44 2 2244 12 4 1 4 1 ADdq R qq D dADd 以现有供水系统中所采用的新型双室隔膜控制阀为基础 创新性地 设计了调压阀的结构 使该阀的出口压力P2 近似等于控制
14、压力P1 从而保证式 0 1 的实现 建立了自动调压供液装置的数学模型 并利用计算机软件MATLAB对 自动调压供液装置的启动特性进行了仿真试验 试验结果表明调压阀 开启快速 稳定 完全满足设计要求 进行了大量的台架试验研究 试验结果证实了研制的样机完全满足 工程实际使用要求 同时证实了仿真试验结果的正确性 本文提出的泵入平衡压力式泡沫比例混合装置产品系列的主要性能 参数 选型设计方法及配置方案将成为本企业开发 生产该系列新产 品的指南和技术依据 2 展望该技术今后的研究方向包括如下三个方面 系列化 泵入平衡压力式泡沫比例混合装置产品系列规格及性能参 数 产品系列化研究工作需进一步完成 国产化
15、 泵入平衡压力式泡沫比例混合装置采用的供液泵和驱动水 轮机为国外产品 为使本产品完全国产化 需要对这两个重要部件进 行研究设计 推广应用 该技术由于其突出的优点将具有广阔的应用前景 研究 其工程应用技术 大力推广使用该项技术也是需要继续完成的重要工 作 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 9 0 2 20 2 2 目前状况目前状况 目前在我国 由于泵入平衡压力式泡沫比例混合装置技术难度较高 设备关键部件性能要求高 其设计制造尚属空白 其使用也刚刚起步 且仅限于进口国外产品 如宁波大榭岛油罐区 天津新港油码头等极少 数重大工程采用了国外生产的泵入平衡压力式泡沫灭火系
16、统 但是 完 全依赖从国外进口一方面价格昂贵 另一方面无法深入掌握该项技术 由此可见 对该项技术进行研究 尽快开发研制出国内自己的泵入平衡 压力式泡沫比例混合装置系列产品成为一项迫切的课题 公安部上海消 防研究所作为在消防装备研究方面走在国内最前沿的队伍 在2001年下 半年 将泵入平衡压力式泡沫比例混合装置的研究与开发列为重点新产 品开发项目 2002年 上海市科委批准立项 石油化工高效环保型灭火 技术与设备的研究 课题 本文所研究的内容将成为该课题研究的主要 内容 随着我国国民经济的迅速发展 我国每年新建的大型石化项目 油 品码头 油库 机库不下几十项 此外每年还有若干旧工程改造项目 该项技术将有着广泛的市场前景 随着该项技术的不断推广使用 必将 广泛地 牢固地保护国家和人民生命财产安全 从而产生巨大的社会效 益和经济效益 1 1 压缩空气泡沫系统基本机理及特点压缩空气泡沫系统基本机理及特点 压缩空气泡沫系统以下简称 CAFS CAFS 具有同时出 A B 类泡沫的能 力 上海工程技术大学毕业设计 论文 压缩空气泡沫系统取力传动装置设计 10 A 类泡沫适用于 含碳固体可燃物火灾
