蒋金泉

（四川杰特机器有限公司， 四川 简阳 641400）

手动泵是靠人力操作，将手动机械能转换为液压能的一种小型液压设备，它携带方便、性能稳定、安全可靠，不需能源，在室内外均可作业。手动泵广泛应用在船舶工业、煤矿机械、石油、化工、冶金、建筑、电力、军工、以及重型机械等多个领域。

SB手动泵是特殊设计配套静化器使用的产品，要求排量大，重量轻（1.5kg内），携带方便，防腐性好，实用可靠性强等特点。因此，它比一般手动泵技术条件要求高，特别是整泵重量不超过1.5kg是设计的挑战，它的设计制造难点在于每个零件都要考滤它的强度和重量，并达到体积小，重量轻，外形美观，使用可靠的效果，特别要适用于背负携带，野外作业，这就给设计和制造增加了一定的难度。

1 已有手动泵现状。国内众多厂家生产的手动泵的用途、性能特点都差别不大，只是在产品结构和外观造型上有所不同，泵阀的设计也不统一，有平板阀、锥阀、球阀等，各具产品特色。但与SB手动泵相比较仍然存在体积大、偏重，不防腐，携带不便等缺点，达不到SB手动泵技术条件。要满足SB手动泵的特殊使用性能，就只有全新设计。

2 SB手动泵设计（见手动泵结构图）

2.1 参数确定

根据静化器阻力所需压力，确定工作压力P=0.5～0.8MPa，流量Q=80ml/次，最大施力T<180N。为了各参数匹配合理，满足泵防腐、轻便的条件，由流量Q=πd2S/4确定柱塞直径d和柱塞行程S，由最大施力T=πd2PL1/4（L1+L2）确定手柄长度L，由此可确定各零件尺寸和泵的外形尺寸。

2.2 主要零件设计

（1）泵体设计：泵体是本产品中主要承受液压的零件之一。由于它的形状复杂、壁厚不均、内有T型交孔、应力集中大，因此，它的设计合理性对其寿命有很大影响。通常防腐产品设计，一般情况下泵体都采用不锈钢材料锻造或铜材铸造，但对于本产品就达不到重量指标的要求。鉴于本产品的特殊性，经过科学分析，在设计上选用比重比较轻的高强度铝合金材料精密铸造，在满足泵体承受液压力所需强度外设计尽量减薄壁厚，减小余隙容积，做到过流性能好，整体布局合理，外形美观。这样，泵体设计就满足了既防腐又轻便的要求，比常态化设计减轻2/3以上重量。

泵体最小壁厚的确定，由壁厚公式：δ=PD/2[σ]-P mm 可得。

式中：δ-壁厚，mm； P- 泵体内最大工作压力，MPa；D-泵体内径，mm； [σ]-材料许用应力，MPa。

（2）柱塞结构设计：柱塞设计的基本要求是①有足够的刚度和强度；②表面光洁、硬度高，耐磨性好。本泵根据流量参数Q确定的柱塞直径d较大，设计上选用不锈钢材料在保证刚度和强度的条件下采用薄壁空心结构设计，这样可达到减轻柱塞重量的目的。在制造上提高表面硬度和粗造度，以此来提高柱塞密封寿命。

柱塞最小截面压应力校核 ：σy=Pmax/f ≤ [σy]MPa 。

式中：σy-最小截面压应力，MPa； Pmax-最大柱塞力，N；

f-最小截面面积，mm； [σy]-许用应力，MPa。

（3）阀组设计：阀组是往复泵工作过程的直接组成件，也是往复泵中最重要的易损件之一。它的设计好坏直接影响泵的工作性能和使用寿命。阀组的种类和结构型式繁多，有平板阀、锥形阀、环形阀、自重阀等。根据产品的用途，输送介质，使用条件和泵的结构形式来选择设计。本泵要求防腐性好、重量轻是设计的重要指标，而泵的实际工作介质条件又比较差，为了满足静化器所需的流量参数 ，泵的容积效率也是重点研究的对象。因此，本泵阀组设计要掌握的原则是：①能及时启、闭，减小回流损失；②密封可靠，减小或避免关闭后的漏损；③保证足够的强度和刚度并控制重量；④结构简单、拆装方便、工艺性好；⑤工作平稳可靠，寿命长。

本泵在考滤上述因素后对进水阀设计采用下导向锥形阀形式，并尽量减轻零件重量，它的设计虽然给工艺加工增加了难度，但比现有锥阀设计重量轻，工作可靠。其优点有：进水通道大，流道平滑，水力阻力小，过流能力强，余隙容积小，密封性能好等。在出水阀设计上主要重点考滤阀工作可靠，密封性能好，重量轻等因素。由于本泵使用环境恶劣，输送水质差，常伴有泥污，泵的出水通道也比进水小很多，出水阀就不能按照进水阀结构设计，其重量指标也不允许。如果按照现有泵阀结构设计，工作中可能出现阀被泥污卡住而影响工作。为了克服各不利因素，本出水阀设计采用平板阀结构，考滤到它的密封性能，在阀的端面设计嵌入O形密封圈作为密封面，这不仅提高了阀的密封性能，而且降低了零件加工难度，提高了阀的使用寿命。如在阀工作失效后，只须更换O形密封圈就能继续工作，降低了本泵易损件成本。为了解决泥污水过流问题，在设计中利用泵体出水孔端面作为密封面，利用出口接头内孔作为阀工作导向孔（大间隙配合），既省略了阀座零件，也满足泥污水过流问题，这就大大简化了出水阀设计。 此阀结构简单，制造容易，重量轻，工艺性好，密封可靠，成本低，寿命长。

阀隙过流面积：f=πd0hsiaαmm2

式中：f-阀座孔当量截面积，mm2；d0-阀座孔当量直径，mm；

h-阀板轴向升程， mm；α-锥形阀的锥角之半，rad。

阀隙流速：

V=Q/ fμ=Q/πd0hsiaαμX10-6， m/s

式中：V-阀隙流速，m/s ； Q-理论流量，m3/s；μ-阀隙流量系数，0.7～0.9。

（4）手柄设计：手柄虽然在往复泵中不属于主要关键零件，但它在本泵中还是主要研究的对象，在本泵重量指标参数中起到重要作用。设计时首先根据最大柱塞力F=πd2P/4确定手柄最大施力T=FL1/L1+L2，然后确定手柄直径并进行强度校核，在满足强度的条件下，尽量去掉多余的材料，达到最轻重量标准。本产品主要设计思路在野外工作，为了满足背负携带方便的条件，手柄设计成折叠式，分为手柄杆和力臂杆，用销轴和滑套联接，工作时手柄杆与力臂杆成一直线时滑动滑套固定成一整体，起到快速联接；工作后松下滑套脱离手柄杆与力臂杆联接处就可快速折叠，方便背负携带和存放。

结语

本手动泵组装后与现有手动泵比较，体现了设计精练，结构简单，优化了零件组合，减少了泵的零件组成，打破了现有产品的标准化设计。在主关键零件设计上不受传统影响，大胆创新。从零件材料的选择到设计加工，都科学论证，精工制造，最终产品达到了体积小、重量轻、携带方便、外形美观。经室内和野外分别试验，产品都达到了设计标准，具备了泵性能可靠，输送水源不受泥污影响，而且泵容积效率高，满足静化器使用要求。整个泵选用防腐材料制造，并且重量在1.4kg左右，最大施力T<120N，产品达到了防腐性好、操作轻便，重量轻等技术条件指标。本手动泵设计是成功的。

结语

SB手动泵是特殊用途下开发的全新产品，它反应了手动泵在不断发展进步和应用范围的不断拓展。

[1]往复泵设计编写组，往复泵设计[M].北京：机械工业出版社，1987.

[2]高压水射流技术与工程[M].合肥工业大学出版社，2006.

[3]机械设计手册[M].石油化工工业出版社，1978.