往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計

張桂俠，朱修傳

（安徽國防科技職業(yè)學(xué)院，六安 237011）

往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計

張桂俠，朱修傳

（安徽國防科技職業(yè)學(xué)院，六安 237011）

在介紹往復(fù)泵主要參數(shù)確定方法的基礎(chǔ)上，提出了對往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計的方法和流程，建立了往復(fù)泵的參數(shù)數(shù)據(jù)庫.這不僅可以減輕往復(fù)泵設(shè)計人員的設(shè)計負擔，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，也為往復(fù)泵的標準化和系列化設(shè)計的發(fā)展提供思路.

往復(fù)泵；參數(shù)；參數(shù)化

在現(xiàn)代工業(yè)中，由于輸送介質(zhì)多樣，往復(fù)泵被廣泛應(yīng)用于石油、化工、電力、冶金等各行業(yè)中.往復(fù)泵的工作原理如圖1所示.在電機的驅(qū)動下，曲柄連桿機構(gòu)3帶動活塞2在氣缸1內(nèi)做往復(fù)運動，以此，使工作腔的容積產(chǎn)生周期性變化，實現(xiàn)吸、排工作介質(zhì)，從而將機械能轉(zhuǎn)化為液壓能.

圖1 往復(fù)泵的工作原理

1 往復(fù)泵設(shè)計中主要參數(shù)的確定

1.1 往復(fù)泵的主要零件的設(shè)計要求

在往復(fù)泵的設(shè)計中，首先要考慮泵的工作要求，即：工作運轉(zhuǎn)可靠、檢驗、維修方便.其次，還要考慮往復(fù)泵的經(jīng)濟性：泵的零部件的加工、制造方便、標準化程度高、消耗少、壽命長、使用效率高等.

1.2 往復(fù)泵設(shè)計中主要參數(shù)的確定

往復(fù)泵的設(shè)計一般是先確定泵的總體結(jié)構(gòu)類型，然后根據(jù)用戶提供的相關(guān)參數(shù)及要輸送的液體介質(zhì)的物理、化學(xué)性能確定其主要技術(shù)參數(shù).往復(fù)泵

式中：Q—泵的實際流量，m3／s

ηv—泵的容積效率 D—柱塞直徑，m

S—柱塞行程長度，m n—曲軸轉(zhuǎn)數(shù)，rpm

Z—柱塞數(shù) um—柱塞平均速度，m／s

ψ＝S／D－程徑比（柱塞的行程與直徑的比）

由公式（1）可知，Q 的大小與n、S、D、Dr（柱塞桿直徑）、Z等參數(shù)有關(guān)，同時，n、S、D 三者不同的組合對總體設(shè)計是有影響的，在設(shè)計時應(yīng)加以考慮.實踐證明，要獲得n、S、D三者之間的理想組合，各參數(shù)的確定應(yīng)按照以下順序進行：柱塞（活塞）的平均速度um→ 曲軸的轉(zhuǎn)速n→柱塞程徑比ψ→柱塞（活塞）直徑D 和柱塞（活塞）行程長度S→最大柱塞力Pmax（在設(shè)計工作中，最大活塞力一般在1.4～96kN范圍內(nèi)）［1］.

泵的主要結(jié)構(gòu)尺寸確定的步驟如下：

（1）依據(jù)實際要求選擇和合適的泵體結(jié)構(gòu)型式、液力端和傳動端的結(jié)構(gòu)型式，據(jù)此確定要采用的聯(lián)（缸）數(shù)Z和作用數(shù).

（2）選擇容積效率ηv

ηv的選擇與許多因素有關(guān)，很難精確獲得.在實際設(shè)計中一般根據(jù)P2、Q、n以及液體介質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計時，泵的排出壓力P2和流量Q一般是用戶提供的.P2的大小與原動機的功率和具體的零部件結(jié)構(gòu)形式有關(guān)；而流量Q的要求與下式有關(guān).來確定.當P2和n值較大而Q值較小，輸送高溫高粘度液體介質(zhì)時，ηv一般取值較小（通常在0.6～0.8之間）［1］，相反，取大值（大值可達0.8～0.98）［1］.

（3）選擇活塞（柱塞）平均速度um

在設(shè)計過程中，活塞（柱塞）的平均速度um一般按照公式（2）計算.

式中Kt是與泵的結(jié)構(gòu)類型有關(guān)的系數(shù)，取值范圍為0.09～0.63［1］；而K 值是一個與活塞桿直徑與活塞直徑比值有關(guān)的系數(shù)，它們之間的關(guān)系為：K＝1－）2，（）值的大小，影響泵的雙作用效果，越大則雙作用效果越不明顯；反之，比值太小，活塞桿的強度和剛度就會太弱.在設(shè)計中該比值常取0.10～0.20［1］.K 的取值：單作用泵，K＝0；雙作用泵，0＜K＜1.

um的大小與各運動副零部件的摩擦和磨損有關(guān)，一般um越大摩擦和磨損就越嚴重，但um也不可選擇過小，因為um越小，D就越大，泵的體積就越大.在設(shè)計中，um的值一般可以參考泵的有效功率來選取.um的取值范圍為0.15～2.7m／s［1］，一般取um＜2.0m／s［1］.

（4）選取每分鐘往復(fù)次數(shù)n，確定柱塞行程長度S

泵的轉(zhuǎn)速n的大小與D、ψ、λ（連桿比）有關(guān)，一般D、ψ、λ三者的值越大，n取值越小，反之，則越大.N 的取值范圍一般為：10～985rpm［1］.

在確定行程長度S時必然要考慮到程徑比ψ＝S／D，ψ的大小實質(zhì)上反應(yīng)了泵機組總體寬度與長度的關(guān)系，ψ越大泵體則窄長，反之，泵體則寬而短.ψ與n和排出壓力有關(guān)，反之，n越小ψ則取較大的值；排出壓力越高ψ越大，反之，ψ取小值.ψ的取值范圍一般為：1.0～7.0［1］之間.

（5）活塞（柱塞）直徑D的確定

將上面確定的Z、K、ηv、n、S 帶入公式（3），就可以求出D的值，然后根據(jù)國家標準要求的尺寸進行圓整，再結(jié)合泵實際的工作要求，最終確定D的值.柱塞直徑不易過大，因為柱塞形狀簡單，其直徑越大，在工作中柱塞密封結(jié)構(gòu)就越容易變形，因此：一般直徑在3～150mm，個別可達200mm［1］.

至此，柱塞泵的主要參數(shù)已初步確定.然后，檢驗程徑比，看看是否滿意，如不滿意，調(diào)整n、S的值，直到滿意為止.此外，在柱塞泵的設(shè)計中還要考慮到吸入管內(nèi)徑d1和排出管內(nèi)徑d2的值對柱塞泵的工作的影響.d1和d2的大小與介質(zhì)在吸入與排出管內(nèi)的流速v1和v2有關(guān).在柱塞泵工作中，v1和v2過大，不僅造成能量消耗多，而且也容易產(chǎn)生缸體內(nèi)的空化、汽蝕及泵的過流量現(xiàn)象的產(chǎn)生，所以，在確定d1和d2的大小時，要限制v1和v2的值.

2 往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計

往復(fù)泵主參數(shù)的總體設(shè)計流程如圖2所示.

在往復(fù)泵的總體設(shè)計時，不僅要對泵的零部件進行設(shè)計，同時，應(yīng)對用戶的不同要求對泵的參數(shù)還要設(shè)定，甚至要對某個參數(shù)要進行反復(fù)的檢驗才能滿足客戶的要求.這個過程是相當繁雜的.為了應(yīng)對市場的競爭，往復(fù)泵的參數(shù)化設(shè)計應(yīng)運而生.

往復(fù)泵的參數(shù)化設(shè)計的過程是：首先，建立往復(fù)泵的參數(shù)數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)約束檢測數(shù)據(jù)庫和計算公式數(shù)據(jù)庫，并將這些數(shù)據(jù)庫進行連接；然后，將往復(fù)泵的數(shù)據(jù)輸入與輸出、設(shè)計時的理論計算公式、數(shù)據(jù)檢測等編寫成程序代碼；這樣，在往復(fù)泵的設(shè)計時，設(shè)計者只需合理選用往復(fù)泵的基本參數(shù)，很快就能得出設(shè)計結(jié)果.

圖2 三柱塞往復(fù)泵的總體設(shè)計界面

具體的過程是：設(shè)計者根據(jù)用戶要求直接從數(shù)據(jù)庫中選擇或輸入泵的參數(shù)，然后運行程序，由約束檢測數(shù)據(jù)庫判斷參數(shù)的合理性，如不合理，系統(tǒng)會要求用戶重新輸入?yún)?shù)，如果合理系統(tǒng)則計算出設(shè)計所需的參數(shù)，最后由總體參數(shù)約束條件來驗證這組參數(shù)是否滿足用戶要求.往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計的用戶界面如圖3所示.

圖3 往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計的用戶界面如

3 小 結(jié)

往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計，避免了以往繁雜的設(shè)計計算與參數(shù)的選擇，減少了設(shè)計者的工作量，提高了設(shè)計效率，也為往復(fù)泵的標準化和系列化的發(fā)展提供了思路.

［1］《往復(fù)泵設(shè)計》編寫組，往復(fù)泵設(shè)計［M］.機械工業(yè)出版社，1987.

［2］朱修傳.往復(fù)泵總體設(shè)計中主要參數(shù)的確定［J］.煤礦機械，2007，04：29－31.

［3］朱修傳.基于VB.NET往復(fù)泵主要零件的參數(shù)化設(shè)計［J］.煤礦機械，2007，（2）：18－20.

［4］朱修傳.往復(fù)泵設(shè)計計算理論與CAD系統(tǒng)的開發(fā)的研究［D］.安徽理工大學(xué)碩士論文，2006.

Parametric Design of Main Parameters of Reciprocating Pump

ZHANG Gui－xia1， ZHU Xiu－chuan2
（Anhui Vocational College of Science and Technology for National Defense，Liuan，237011，China）

This paper presents the parametric design method and design process of main parameters of reciprocating pump based on the main method of determining parameters of reciprocating pump.Established The parameter database of the reciprocating pump is estabiished.This method not only can reduce the burden of designers，but also can shorten the development cycle of products and provide ideas for reciprocating pump standardization and seriation design development.

reciprocating pump；parameter；parametric

TH3

A

1671－119X（2013）02－0022－03

2013－02－22

安徽省教育廳自然科學(xué)基金資助項目（KJ2012B032）

張桂俠（1971－），女，碩士，講師，研究方向：液壓傳動.