往复泵主参数的参数化设计

张桂侠，朱修传

（安徽国防科技职业学院，六安 237011）

往复泵主参数的参数化设计

张桂侠，朱修传

（安徽国防科技职业学院，六安 237011）

在介绍往复泵主要参数确定方法的基础上，提出了对往复泵主参数的参数化设计的方法和流程，建立了往复泵的参数数据库.这不仅可以减轻往复泵设计人员的设计负担，缩短产品的开发周期，也为往复泵的标准化和系列化设计的发展提供思路.

往复泵；参数；参数化

在现代工业中，由于输送介质多样，往复泵被广泛应用于石油、化工、电力、冶金等各行业中.往复泵的工作原理如图1所示.在电机的驱动下，曲柄连杆机构3带动活塞2在气缸1内做往复运动，以此，使工作腔的容积产生周期性变化，实现吸、排工作介质，从而将机械能转化为液压能.

图1 往复泵的工作原理

1 往复泵设计中主要参数的确定

1.1 往复泵的主要零件的设计要求

在往复泵的设计中，首先要考虑泵的工作要求，即：工作运转可靠、检验、维修方便.其次，还要考虑往复泵的经济性：泵的零部件的加工、制造方便、标准化程度高、消耗少、寿命长、使用效率高等.

1.2 往复泵设计中主要参数的确定

往复泵的设计一般是先确定泵的总体结构类型，然后根据用户提供的相关参数及要输送的液体介质的物理、化学性能确定其主要技术参数.往复泵

式中：Q—泵的实际流量，m3／s

ηv—泵的容积效率 D—柱塞直径，m

S—柱塞行程长度，m n—曲轴转数，rpm

Z—柱塞数 um—柱塞平均速度，m／s

ψ＝S／D－程径比（柱塞的行程与直径的比）

由公式（1）可知，Q 的大小与n、S、D、Dr（柱塞杆直径）、Z等参数有关，同时，n、S、D 三者不同的组合对总体设计是有影响的，在设计时应加以考虑.实践证明，要获得n、S、D三者之间的理想组合，各参数的确定应按照以下顺序进行：柱塞（活塞）的平均速度um→ 曲轴的转速n→柱塞程径比ψ→柱塞（活塞）直径D 和柱塞（活塞）行程长度S→最大柱塞力Pmax（在设计工作中，最大活塞力一般在1.4～96kN范围内）［1］.

泵的主要结构尺寸确定的步骤如下：

（1）依据实际要求选择和合适的泵体结构型式、液力端和传动端的结构型式，据此确定要采用的联（缸）数Z和作用数.

（2）选择容积效率ηv

ηv的选择与许多因素有关，很难精确获得.在实际设计中一般根据P2、Q、n以及液体介质的性质设计时，泵的排出压力P2和流量Q一般是用户提供的.P2的大小与原动机的功率和具体的零部件结构形式有关；而流量Q的要求与下式有关.来确定.当P2和n值较大而Q值较小，输送高温高粘度液体介质时，ηv一般取值较小（通常在0.6～0.8之间）［1］，相反，取大值（大值可达0.8～0.98）［1］.

（3）选择活塞（柱塞）平均速度um

在设计过程中，活塞（柱塞）的平均速度um一般按照公式（2）计算.

式中Kt是与泵的结构类型有关的系数，取值范围为0.09～0.63［1］；而K 值是一个与活塞杆直径与活塞直径比值有关的系数，它们之间的关系为：K＝1－）2，（）值的大小，影响泵的双作用效果，越大则双作用效果越不明显；反之，比值太小，活塞杆的强度和刚度就会太弱.在设计中该比值常取0.10～0.20［1］.K 的取值：单作用泵，K＝0；双作用泵，0＜K＜1.

um的大小与各运动副零部件的摩擦和磨损有关，一般um越大摩擦和磨损就越严重，但um也不可选择过小，因为um越小，D就越大，泵的体积就越大.在设计中，um的值一般可以参考泵的有效功率来选取.um的取值范围为0.15～2.7m／s［1］，一般取um＜2.0m／s［1］.

（4）选取每分钟往复次数n，确定柱塞行程长度S

泵的转速n的大小与D、ψ、λ（连杆比）有关，一般D、ψ、λ三者的值越大，n取值越小，反之，则越大.N 的取值范围一般为：10～985rpm［1］.

在确定行程长度S时必然要考虑到程径比ψ＝S／D，ψ的大小实质上反应了泵机组总体宽度与长度的关系，ψ越大泵体则窄长，反之，泵体则宽而短.ψ与n和排出压力有关，反之，n越小ψ则取较大的值；排出压力越高ψ越大，反之，ψ取小值.ψ的取值范围一般为：1.0～7.0［1］之间.

（5）活塞（柱塞）直径D的确定

将上面确定的Z、K、ηv、n、S 带入公式（3），就可以求出D的值，然后根据国家标准要求的尺寸进行圆整，再结合泵实际的工作要求，最终确定D的值.柱塞直径不易过大，因为柱塞形状简单，其直径越大，在工作中柱塞密封结构就越容易变形，因此：一般直径在3～150mm，个别可达200mm［1］.

至此，柱塞泵的主要参数已初步确定.然后，检验程径比，看看是否满意，如不满意，调整n、S的值，直到满意为止.此外，在柱塞泵的设计中还要考虑到吸入管内径d1和排出管内径d2的值对柱塞泵的工作的影响.d1和d2的大小与介质在吸入与排出管内的流速v1和v2有关.在柱塞泵工作中，v1和v2过大，不仅造成能量消耗多，而且也容易产生缸体内的空化、汽蚀及泵的过流量现象的产生，所以，在确定d1和d2的大小时，要限制v1和v2的值.

2 往复泵主参数的参数化设计

往复泵主参数的总体设计流程如图2所示.

在往复泵的总体设计时，不仅要对泵的零部件进行设计，同时，应对用户的不同要求对泵的参数还要设定，甚至要对某个参数要进行反复的检验才能满足客户的要求.这个过程是相当繁杂的.为了应对市场的竞争，往复泵的参数化设计应运而生.

往复泵的参数化设计的过程是：首先，建立往复泵的参数数据库、数据约束检测数据库和计算公式数据库，并将这些数据库进行连接；然后，将往复泵的数据输入与输出、设计时的理论计算公式、数据检测等编写成程序代码；这样，在往复泵的设计时，设计者只需合理选用往复泵的基本参数，很快就能得出设计结果.

图2 三柱塞往复泵的总体设计界面

具体的过程是：设计者根据用户要求直接从数据库中选择或输入泵的参数，然后运行程序，由约束检测数据库判断参数的合理性，如不合理，系统会要求用户重新输入参数，如果合理系统则计算出设计所需的参数，最后由总体参数约束条件来验证这组参数是否满足用户要求.往复泵主参数的参数化设计的用户界面如图3所示.

图3 往复泵主参数的参数化设计的用户界面如

3 小 结

往复泵主参数的参数化设计，避免了以往繁杂的设计计算与参数的选择，减少了设计者的工作量，提高了设计效率，也为往复泵的标准化和系列化的发展提供了思路.

［1］《往复泵设计》编写组，往复泵设计［M］.机械工业出版社，1987.

［2］朱修传.往复泵总体设计中主要参数的确定［J］.煤矿机械，2007，04：29－31.

［3］朱修传.基于VB.NET往复泵主要零件的参数化设计［J］.煤矿机械，2007，（2）：18－20.

［4］朱修传.往复泵设计计算理论与CAD系统的开发的研究［D］.安徽理工大学硕士论文，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

安徽省教育厅自然科学基金资助项目（KJ2012B032）

张桂侠（1971－），女，硕士，讲师，研究方向：液压传动.