高壓往復泵的虛擬設計

　前言平均流量泵閥是高壓往復泵的重要組成部件，也是往復泵中最重要的易損件之一，它的設計好壞直接影響泵的工作性能和使用壽命。傳統泵閥設計方法以手工設計為主，設計周期長(cháng)、效率低，設計水平具有局限性。虛擬設計技術(shù)是一門(mén)新興的綜合學(xué)科，雖然出現時(shí)間不長(cháng)，但是由于其具有低能耗、高效率和高度集成等特點(diǎn)，已經(jīng)得到了廣泛認可。本文利用VB6.0編寫(xiě)泵閥設計的主控程序，完成泵閥的尺寸設計計算、強度校核，結合AutoCAD和SolidWorks完成往復泵泵閥虛擬模型的建立和虛擬裝配過(guò)程。

　　1泵閥主要設計參數泵閥類(lèi)型一般有平板閥和錐形閥，其中平板閥由于結構相對簡(jiǎn)單，加工方便，成本低，而被許多往復泵采用。此處采用平板閥，整個(gè)泵閥包括吸入閥和排出閥，主要由閥座、閥板、閥導向桿、彈簧等零件組成。

　　閥座孔徑dk可按經(jīng)驗，根據閥座孔最大流速Vkmax初步確定（1）單作用泵時(shí)，通過(guò)一個(gè)閥（吸入閥或排出閥）的理論一各缸（工作腔）中，吸入閥或排出閥的數目；柱塞截面積，m；柱塞行程，m；柱塞母分鐘往復次數，spm.（2）閥板厚度S按式（3）初定，而后再進(jìn)行強度校核。

　　當閥座孔徑dk，密封寬度b已確定，閥板直徑（1）允許關(guān)閉速度的確定由于泵閥是處于經(jīng)常啟閉下工作，頻率很高。

　　因此泵閥不僅要滿(mǎn)足靜壓強度校核而且特別要注意到關(guān)閉速度。因此，彈簧閥設計的重要控制條件之一，就是控制允許的關(guān)閉速度，即k阿道爾夫試驗系數，7kgms，K3=設計好主要參數后，再進(jìn)行強度校核，即閥板與閥座密封面比壓校核和閥板彎曲強度校核，具體步驟詳見(jiàn)有關(guān)資料。

　　2泵閥虛擬設計首先在VB6.0的IDE中編寫(xiě)主控程序代碼和人機交互界面；利用Access建立系統的參數庫；在A(yíng)utoCAD中利用其內嵌的VBA編寫(xiě)平面參數化繪圖程序；通過(guò)控制SolidWorks中的API來(lái)創(chuàng )建出三維實(shí)體圖；在SolidWorks中進(jìn)行虛擬裝配，最終完成泵閥的虛擬設計。系統主要由六大模塊組成：計算系數、泵閥設計、彈簧設計、強度校核、參數化繪圖、虛擬裝配。為泵閥虛擬設計的軟件流程圖。

　　確定泵閥設計用到的參數包括：泵閥孔最大瞬時(shí)流速Vkm、阿道夫試驗系數、閥板厚度S的計算K1和介質(zhì)重度Y.取值范圍分別是Vkmax=1 ~4m/s，Vkmax―般按經(jīng)驗選?。毫魉龠^(guò)大，阻力損失大，影響泵的吸入性能，流速選取過(guò)小，泵閥尺寸過(guò)大，泵閥質(zhì)量增大；阿道夫試驗系數取值范圍為K3=1.26~1.35；閥板厚度S的計算Ki取值范圍為=0.14~0.4；介質(zhì)重度Y取值范圍為Y=5X103~20XlrfN/n3.彈簧鋼材料為封面材料可為不銹鋼、高強度鋼、超高強度鋼；閥板材料為不銹鋼、高強度鋼、超高強度鋼，可根據實(shí)際需要選用不同的材料類(lèi)型。零部件設計參數如彈簧的扭轉許用應力、密封面材料允許比壓、閥板許用彎曲應力等，根據選擇的具體材料類(lèi)型設定。

　　泵閥設計模塊將根據確定計算參數輸入和設定的數據，確定泵閥設計中的11個(gè)重要參數，它們分別是閥座孔徑dk、最大升程hmax、密封面接觸寬度b、彈簧初始安裝力F.、閥板直徑df、彈簧剛度C閥板厚度彈簧最大工作力F1、閥板重量Gf、閥上最大載荷Fmax和允許關(guān)閉速度等，這些均由程序自動(dòng)完成。

　　彈簧設計模塊將確定彈簧的8個(gè)重要參數，它們分別是彈簧中徑Dm、彈簧節距t、彈簧鋼絲直徑dh、自由高度H彈簧工作圈數i、安裝高度H0、彈簧總圈數i1和彈簧鋼絲展開(kāi)長(cháng)L等。泵閥彈簧的工作圈數或總圈數可以通過(guò)公式計算出來(lái)，但算出的圈數可能是小數，必須進(jìn)行圓整，即彈簧圈數取整或取半。在編制圓整程序時(shí)，設i為計算圈數，再設置2個(gè)轉換變量，當計算圈數i的小數位在0 ~0.15之間及大于0.75時(shí)，可圓整為計算圈數的整數位；當計算圈數i的小數位在0.15~0.75之間時(shí)，可圓整為計算圈數的整數位加0.5，即取半。

　　強度校核模塊主要實(shí)現：閥板與閥座密封面比壓校核和閥板彎曲強度的自動(dòng)計算并由程序判斷校核的強度值是否滿(mǎn)足要求，從而決定是否重新設計計算參數。

　　采用參數化繪圖最大的優(yōu)點(diǎn)是提高繪圖效率，避免了手工繪圖的繁瑣，除了利用VBA可進(jìn)行二維參數化繪圖外，通過(guò)控制三維繪圖軟件SolidWorks中的應用程序API接口，更能實(shí)現三維實(shí)體的參數化建模。根據前面模塊設計的尺寸參數，能快速構建閥板、閥座和彈簧等零部件。

　　零件裝配是根據各組零件之間的相互連接關(guān)系進(jìn)行的，SolidWorks提供了固定、面匹配、面對齊、插入、連接等多種裝配關(guān)系，在該模塊中可以采用手動(dòng)裝配和自動(dòng)裝配2種方式。手動(dòng)裝配是由用戶(hù)分別調用各個(gè)零部件模型來(lái)構造泵閥的裝配模型，要求用戶(hù)必須熟悉各零部件之間的相對位置。Solid Works自動(dòng)記錄建模過(guò)程中的尺寸定義，并可將整個(gè)建模過(guò)程中的特征操作記錄下來(lái)，這樣就可以通新型機電液自控張緊絞車(chē)的設計張陽(yáng)，侯友夫，孟慶睿（中國礦業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院，江蘇徐州221008）部分采用PLC技術(shù)既能滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)又能滿(mǎn)足穩態(tài)2種工況，且張緊力可調，反應靈敏、動(dòng)作迅速，同時(shí)實(shí)現了軟啟動(dòng)。

　　前言方向發(fā)展，其零部件也正向高性能、長(cháng)壽命、低能耗帶式輸送機是輸送散裝物料主要設備之一，該方向發(fā)展。帶式輸送機在起、停過(guò)程中和正常運行設備目前正在向大運量、長(cháng)運距、大傾角和強適應性時(shí)輸送帶的彈性變形與輸送量的變化都使輸送帶的過(guò)SolidWoks預留的API接口將過(guò)程中記錄的操作反饋給設計人員，利用VB生成SolidWorks的裝配文檔，進(jìn)而通過(guò)記錄其各個(gè)裝配路徑生成相應的矩陣。最后通過(guò)對矩陣的優(yōu)化處理，在包含多個(gè)裝配序列的裝配樹(shù)中找到一個(gè)最合理的裝配路線(xiàn)，從而實(shí)現自動(dòng)裝配。裝配體完成后需進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查，確定零部件設計的合理性，對于存在干涉的零部件，重新進(jìn)行尺寸計算和造型，直到所有零部件均能通過(guò)靜態(tài)干涉檢查為止。如為高壓往復泵泵閥總裝配圖。

　　3結語(yǔ)本文研究利用VB編程，基于A(yíng)utoCAD和Solid Works二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的高壓往復泵泵閥虛擬設計，是將虛擬制造技術(shù)應用于往復泵泵閥設計的有益嘗試。在計算機上實(shí)現了從泵閥概念設計到虛擬裝配的全過(guò)程，實(shí)際使用證明，可有效降低往復泵泵閥研究成本、縮短研發(fā)周期和提高設計水平，具有一定的實(shí)用價(jià)值。