M200B气瓶的三维造型设计.docx
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M200B气瓶的三维造型设计
毕业设计说明书(论文)中文摘要
气瓶在现代工业生产中应用广泛,作为一种移动式压力容器,气瓶在社会生产和社会生活中与人有着密切联系。
气瓶技术已成为世界各国研究的热点。
国内对气瓶的设计还存在机理研究不深入、设计流程不规范等问题。
针对该领域开展研究具有重要的理论意义与实用价值。
本文在对气瓶现有的结构、原理详细分析的基础上,设计了双层气瓶的整体结构,建立了实体模型,同时参考国内外文献,总结、制定了气瓶的设计流程,对气瓶的规范化设计提供了指导。
关键词气瓶三维设计结构
毕业设计说明书(论文)外文摘要
TitleThree-dimensionalDesignofM200BGasCylinders
Abstract
Inthemodernindustrialsociety,gascylindersarewidelyusedasamobilepressurevessel,theyalsohavecloserelationshipwithpeopleinthesocialproductionandsociallife.Cylindertechnologyhasbecometheresearchhotspotsaroundtheworld.Therestillexistmanyproblemsinthedesignofthegascylinderdomestically,suchaslessstudyonitsmechanism,lessstandardizationondesignprocessandsoon.Itwillhaveagreattheoreticalandpracticalvaluetodoresearchinthefield.Inthispaper,theexistingstructureofthegascylinderisstudy,andtheoverallstructureofadouble-cylinderisdesignedbytakingintoaccountdomesticandforeignliterature.Thesolidmodeloftheproductiscompleted.Itwillbeusefulforthedesignstandardizationofthegascylinder.
KeywordsGascylinders3DDesignStructure
1
引言
1.1气瓶的概念及应用
气瓶是指在正常环境下(-40℃~60℃)可重复充气使用的,公称工作压0MPa~30MPa(表压),公称容积为0.4L~1000L的盛装永久气体、液化气体或溶解气体等的移动式压力容器[1]。
按公称压力和公称容积分类具体如下:
(1)2000年版的《气瓶安全监察规程》中,对于盛装永久气体的气瓶,公称工作压力是指在基准温度时(一般为20℃)所盛装气体的限定充装压力;对于盛装液化气体的气瓶,是指温度为60℃时,瓶内气体压力的上限制。
公称工作压力8MPa~30MPa为高压气瓶,公称工作压力1.0MPa~5MPa为低压气瓶。
(2)气瓶的公称工作压力、最高充装压力、水压试验压力等之间的关系:
以公称工作压力为15MPa的气瓶为例,水压试验压力是公称工作压力的1.5倍,为22.5MPa,而最高充装压力,是指在基准温度时(一般为20℃)公称工作压力为15MPa所盛装气体的限定充装压力,也是公称工作压力加上温升(最高为60℃)压力之和,最高充装压力应是水压试验压力的0.8倍,为18MPa。
(3)《气瓶安全监察规程》中规定:
气瓶的公称容积为0.4L~3000L。
其中等于、小于12L为小容积;12L~100L为中容积;大于100L为大容积[1]。
1.2气瓶国内外研究现状
目前国内有许多厂家的钢瓶、塑料内胆或铝内胆缠绕气瓶的性能稳定,工艺成熟,市场较好纯钢质气瓶是由无缝钢管经热压拉拔后成型,满足其使用性能和制造工艺要求,气瓶重量难以降低,壁厚误差较大,其重量与容积比一般大于1.25Kg/L。
铝内胆或塑料内胆加玻璃纤维“茧式”缠绕的复合材料气瓶价格高,工艺复杂,所使用的设备昂贵,而且用于密封的聚合物材料易于老化并逐渐失去弹性及密封性,从而降低气瓶的使用性能,其重与容积比一般为0.3Kg/L~0.7Kg/L[2]。
自上世纪后半叶以来,复合材料气瓶在西方国家得到飞快的发展。
以CNG气瓶的研制和开发方面为例,美国的Lincol公司、SCI公司、和Hydospin公司都走在世界前列。
改革开放后的中国自然也应当有所作为,国内许多公司企业、科研院以及高等院校也纷纷加入到这个行列中来,经过数年努力,他们都拿出了自己的产品或研究成果[3]。
国际和国外先进气瓶附件标准包含了其先进的技术和管理水平,也反映了工业发达国家的整体生产力水平。
特别是大部分国际和国外先进标准(如ANSI、UL、EN、ISO)是在近期制定和修改的,反映了国际上先进的学技术、管理和整体生产力水平。
通过整理、分析和消化,结合我国的实际情况,有效地采用国际和国外先进标准,可以为提高标准的实用性和科学性提供依据,从而使我国的气瓶附件生产水平大大地迈进一步[4]。
1.3本文的设计内容
气瓶作为一种移动式压力容器,在社会生产和社会生活中与人有着密切联系,气瓶检验环节在特种设备安全监察管理的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造七个环节中又是一个既重要又特殊的中间环节。
由于气瓶安全管理的特殊性,气瓶的面广量大,气瓶检验机构为了满足社会外需和特种设备安全监察工作内需两方面的诉求,实际已经基本形成了市场化趋势。
目前,气瓶检验机构只有很少一部分属于专职检验机构(国家特种设备检验机构),大部分均是行业检验机构或隶属于充装单位的社会检验机构。
全国约有气瓶检验机构2350多家(其中:
无缝气瓶检验单位1075家、乙炔气瓶检验单位274家、液化气瓶检验单位771家、焊接气瓶检验单位230家),是目前承压类和机电类法定特种设备检验机构总数(共1059家)的2.2倍。
本文的具体工作如下:
(1)气瓶材料采用316L和1Cr18Ni9Ti;
(2)气瓶的内表面粗糙度,机加工应达到1.6μm,机械抛光应达到0.1μm,最后经电抛光处理;
(3)气瓶为双层,外瓶直径φ52mm,内瓶直径φ45mm,瓶身总高152mm;
(4)利用通用CAD软件完成零件造型、装配及工程图生成;
2气瓶的总体设计
本章在对气瓶现有的结构、原理进行详细分析的基础上设计了双层气瓶的整体结构。
2.1气瓶工作原理
设计的气瓶装配图如图2.1,装配爆炸图如图2.2。
如图2.2所示,气瓶主要由内外层瓶底、瓶身、瓶盖,VCR接头、通气阀、清洗阀、垫片、通气管等零部件组成。
图2.1M200B气瓶结构图
工作过程如下:
气体通过通气阀控制从一侧通气管进入,通气阀里侧有通孔和垫片,用来控制气体通道的开合。
VCR接头控制气体的密封效果,该型号气瓶装载的是有毒的气体,所以密封工作一定要做好。
另一侧通气阀和通气管则用来导出气体。
中间的清洗阀则是用来清洗气瓶的,清洗液从通道进入,清洗阀起液体通道的开合作用,清洗完之后,液体仍然从这个通道吸出。
图2.2M200B气瓶装配爆炸图
2.2气瓶总体结构方案分析
气瓶是一种密封要求比较高的容器,它的各个部件的选择不是凭空想象的,每个部件的确定都有其一定的科学规律,在实际生产中,有些有经验的师傅会根据经验总结出自己的加工方法。
虽然不一定形成理论基础,但是那也是长期生产实践的总结,也是科学方法的归纳。
下面就详细的介绍下各个部件结构特征。
2.2.1VCR接头的设计
阀的结构图如图2.3所示。
图2.3VCR接头结构图
VCR接头是一种标准零件,不需要我们进行数据计算或造型设计,而只需查阅相关手册确定其尺寸与装配即可。
2.2.2内层气瓶的设计
内层气瓶是双层气瓶的主要容器部件,包括瓶身、瓶盖和瓶底。
相互之间通过焊接连接在一起,形成了内层气瓶的装配体。
具体设计如下介绍。
(1)瓶盖
与大多数瓶颈处相同,我们瓶盖处采用了口细腰宽的造型,方便盛装与封装气体。
瓶盖通过焊接与瓶身连接在一起,可以起到密封的效果,因为我们盛装的气体是有毒气体,所以就要求我们必须达到这个效果。
瓶盖的结构图如图2.4所示。
图2.4内层气瓶盖结构图
(2)瓶身
气瓶的瓶身较为简单,我们目的是盛装气体,所以形状就采用最常用的圆柱形,结构如图2.5所示。
图2.5内层气瓶身结构图
(3)瓶底
为了更容易地储存气体,我们将瓶底里侧设计为锥形,外底设计了一个沉孔,与垫片相结合,可以再次达到良好的密封效果。
内瓶底结构如图2.6所示。
图2.6内层气瓶底结构图
2.2.3外层气瓶的设计
外层气瓶和内层气瓶相似,但是容积比内层气瓶的大,它同样由瓶盖、瓶身和瓶底组成,相互之间同样采用焊接技术相连接。
瓶底同样用焊接与瓶身相连接,保证密封要求。
(1)瓶盖
瓶盖设计了相对较厚的造型,再次保证了气瓶的密封效果。
盖上有两个直通孔和一个斜通孔,均用来连接通气管,沉孔的作用则是将通气管和瓶盖焊接起来,达到密封效果。
斜孔将与螺母连接的通气管焊接起来,将清洗液送人瓶内。
瓶盖的设计结构图如图2.7与图2.8。
图2.7外层气瓶盖结构图1
图2.8外层气瓶盖结构图2
(2)瓶身
外层气瓶的瓶身与内层瓶身无大差别,同样设计为圆柱形,结构图如图2.9所示。
图2.9外层气瓶身结构图
(3)瓶底
外层瓶底要求不高,与瓶身焊接密封好即可,这里我们设计的造型没有特殊之处。
结构如图2.10。
图2.10外层气瓶盖结构图
2.2.4通气阀的设计
通气阀主要用来控制气体进出的通道开关,我们在螺帽上设计了一个通气孔,通过螺母的扭转和垫片的压合,将空气从通气孔里排出来,从而可以保证螺母拧紧的效果。
通气阀的主要作用还是引进或排出气体,所以我们在通气阀上装配了通气管,清洗阀则装配了斜通气管,在造型上更加实用、美观。
通气阀与VCR接头连接管直接运用了焊接技术,这样保证了密封效果,通气阀与气瓶盖之间的连接同样运用焊接技术连接。
小部件装配体的整体结构造型分通气阀和清洗阀两种,如图2.11和图2.12。
图2.11通气阀结构图
图2.12清洗阀结构图
2.2.5通气管的设计
通气管是用来作为气体进出的通道的,要求必须有足够的密封效果,所以我们在通气管与阀连接管之间的接口处采用了焊接技术。
为了美观与空间的充足,我们将通气管设计为有一定弯度的管道。
通气管的结构图如图2.13所示。
图2.13通气管结构图
3气瓶的三维造型设计
随着计算机辅助设计技术的飞速发展与功能的不断完善,为工程技术人员提供的高效方法和手段越来越丰富。
尤其是三维CAD/CAM软件的广泛应用与普及,使得现代机械产品设计逐步进入三维设计时代[5]。
三维设计具有形象、直观、精确、快速的特点,在产品开发、结构分析、产品性能的评估、确定和优化物理样机参数过程中起到决定性作用,为新产品研发一次成功,提供了强有力的技术支持[6]。
常用的三维建模软件主要有SolidWorks,Pro/E,UG和CATIA等。
3.1常用三维造型软件
SolidWorks是基于Windows环境的软件。
为广大工程技术人员提供的用户界面更友好,运行环境更大众化,
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