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(duì)往復(fù)泵主參數(shù)的參數(shù)化設(shè)計(jì)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(jì)人員的設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，也為往復(fù)泵的標(biāo)準(zhǔn)化和系列化設(shè)計(jì)的發(fā)展提供思路。

　　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(jī)的驅(qū)動(dòng)下，曲柄連桿機(jī)構(gòu)3帶動(dòng)活塞2在氣缸1內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以此，使工作腔的容積產(chǎn)生周期性變化，實(shí)現(xiàn)吸、排工作介質(zhì)，從而將機(jī)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(jì)中主要參數(shù)的確定

　　1.1、往復(fù)泵的主要零件的設(shè)計(jì)要求

　　在往復(fù)泵的設(shè)計(jì)中，首先要考慮泵的工作要求，即：工作運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、檢驗(yàn)、維修方便.其次，還要考慮往復(fù)泵的經(jīng)濟(jì)性：泵的零部件的加工、制造方便、標(biāo)準(zhǔn)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(jì)中主要參數(shù)的確定

　　往復(fù)泵的設(shè)計(jì)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)泵設(shè)計(jì)時(shí)，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(dòng)機(jī)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).

　　式中：Q—泵的實(shí)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(shí)，n、S、D 三者不同的組合對(duì)總體設(shè)計(jì)是有影響的，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加以考慮.

　　實(shí)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(jìn)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(jì)工作中，最大活塞力一般在1.4～96kN范圍內(nèi)).

　　泵的主要結(jié)構(gòu)尺寸確定的步驟如下：

　　(1)依據(jù)實(shí)際要求選擇和合適的泵體結(jié)構(gòu)型式、液力端和傳動(dòng)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ηvηv的選擇與許多因素有關(guān)，很難精確獲得.在實(shí)際設(shè)計(jì)中一般根據(jù)P2、Q、n以及液體介質(zhì)的性質(zhì)來確定.當(dāng)P2和n值較大而Q 值較小，輸送高溫高粘度液體介質(zhì)時(shí)，ηv一般取值較小(通常在0.6～0.8之間)，相反，取大值(大值可達(dá)0.8～0.98).

　　(3)選擇活塞(柱塞)平均速度um在設(shè)計(jì)過程中，活塞(柱塞)的平均速度um一般按照公式(2)計(jì)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;而K 值是一個(gè)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- (Dr /D)².(Dr/D)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(qiáng)度和剛度就會(huì)太弱.在設(shè)計(jì)中該比值常取0.10～0.20.K 的取值：單作用泵，K=0;雙作用泵，0取um<2.0m/s.

　　(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.在確定行程長度S 時(shí)必然要考慮到程徑比ψ=S/D，ψ的大小實(shí)質(zhì)上反應(yīng)了泵機(jī)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(biāo)準(zhǔn)要求的尺寸進(jìn)行圓整，再結(jié)合泵實(shí)際的工作要求，最終確定D 的值.柱塞直徑不易過大，因?yàn)橹�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(gè)別可達(dá)200mm.

　　至此，柱塞泵的主要參數(shù)已初步確定.然后，檢驗(yàn)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(jì)中還要考慮到吸入管內(nèi)徑d1和排出管內(nèi)徑d2的值對(duì)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(shí)，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(jì)

　　往復(fù)泵主參數(shù)的總體設(shè)計(jì)流程如圖2所示.在往復(fù)泵的總體設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要對(duì)泵的零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)，應(yīng)對(duì)用戶的不同要求對(duì)泵的參數(shù)還要設(shè)定，甚至要對(duì)某個(gè)參數(shù)要進(jìn)行反復(fù)的檢驗(yàn)才能滿足客戶的要求.這個(gè)過程是相當(dāng)繁雜的.為了應(yīng)對(duì)市場的競爭，往復(fù)泵的參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生.往復(fù)泵的參數(shù)化設(shè)計(jì)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(cè)數(shù)據(jù)庫和計(jì)算公式數(shù)據(jù)庫，并將這些數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接;然后，將往復(fù)泵的數(shù)據(jù)輸入與輸出、設(shè)計(jì)時(shí)的理論計(jì)算公式、數(shù)據(jù)檢測(cè)等編寫成程序代碼;這樣，在往復(fù)泵的設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)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(jì)結(jié)果。

圖2　三柱塞往復(fù)泵的總體設(shè)計(jì)界面

　　具體的過程是：設(shè)計(jì)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(yùn)行程序，由約束檢測(cè)數(shù)據(jù)庫判斷參數(shù)的合理性，如不合理，系統(tǒng)會(huì)要求用戶重新輸入?yún)��?shù)，如果合理系統(tǒng)則計(jì)算出設(shè)計(jì)所需的參數(shù)，最后由總體參數(shù)約束條件來驗(yàn)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(jì)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(jì)的用戶界面

3、小結(jié)

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