一种新型柱塞泵的设计

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柱塞泵应用于机械润滑系统中。传统柱塞泵由电机驱动，通过复杂机构将电机主轴的圆周运动转换成柱塞的往复运动。其结构特点：1.结构复杂，制造成本高t2.机械效率低；3.使用和维护要求高。传统柱塞泵体积大，多数诚不能使用 。

针对传统柱塞泵的特点和不足，设计-种柱塞泵。该泵由电磁线圈及弹簧直接驱动柱塞部分做直线往复运动实现泵送功能。该电磁柱塞泵特点是：1.不采用复杂的传动机构结构简单，2.制造成本低；3.使用和维护方便。新型电磁柱塞泵能够应用于传统柱塞泵无法应用的领域。

1 结构及工作原理柱塞泵结构如图1，由压力罩、锥形弹簧、止回阀、柱塞、减震弹簧、密封件、线圈、柱塞弹簧、固定芯、极板组成。

其工作原理：泵使用图2方波电压，电压在t0时，线圈7通以vm 电压，柱塞4在磁场的作用下压缩柱塞弹簧向右运动，单向阀2开启，液体进入到单向阀1和单向阀2之间的空档位置。在t.时，线圈断电弹簧释放弹性势能，柱塞弹簧推动柱塞向左运动，此刻单向阀2关闭，液体向左抽送，单向阀1开启，液体从压力罩流出，在t'时刻，柱塞运动到左端停止。

图1柱塞泵结构1、压力罩；2锥形弹簧，3、止回阀，4、柱塞；5、减震弹簧；6、密封件；7、线圈8、柱塞弹簧9、固定芯l10、极板图2 方波电压柱塞泵使用的是直流脉冲电压，因此电磁铁产生脉动的电磁力，在电磁力和弹簧的交替作用下柱塞往复运动，从而获得液体流量。

2 柱塞泵的设计计算2.1柱塞结构的确定及泵行程的选择确定最大工作压力Pm (bar)、工作压力Pz(bar)、工作流量u工作(ml/min)、电源的频率 以及最大流量E (ml/min)，由最大流量及频率计算泵的排量及泵的行程上镌( 如图l中lift所示)。

排量计算公式：u粗 ：哮2 童辱×镌式中z柱塞小端直径(mm)lD柱塞大端直径(r岫 )； 柱塞的行程(mm)；u 泵的排i(mm /每周期)如图l所示，柱塞尺寸腩 电磁转换有关，理论上D越大越好(D最理想的状态是等于线圈的内径)，D越大转换的电磁力越大。z与流量有直接关系，z越大流量越大，在相同行程行程下泵的排量越大。

实例：工作流量 19cm3/100sflg0mm3/s，工作频率10Hz，根据公式可秽Il得泵每次排量为 粗 - 190mIr 10Hz19mIn3/每周期，从表中选择z直径。由表可知Z5mm以及Z6mm都可以满足，当选取Z6mm时，弹簧力2.826N要大于Z5mm的弹簧力1.9625N。由于弹簧力越大，所需要的线圈力也越大，所以选择Z5mm作为柱塞的尺寸。

确定柱塞的行程图3选取工作气隙磁通密度曲线a-拍合式 b-装甲落线管式表1 z取4lTmm对应的泵排量及lbar背压时弹簧所需最小力Z直径(mm) 面积(ram ) 行程为 lmm对应每周期排量(IlIn3/周期) 产生 lbar背压弹簧需要力(N)4 12.56 l2.56 1.2565 19.625 19.625 1.96256 28.26 28.26 2.8267 38.465 38.465 3.8465(工作频率50Hz、介质为中低粘度液体)296 l科技 博览表3线圈散热系数KTChina science and Technology Review种 r子 佑 坯- 1名称和条件康铜或镀镍合金的螺旋线圈 20垂直灌装釉电阻 20有槽瓷柱体上具有镍铬或康铜线圈 (不考虑槽的圆柱体外表面) 23由康铜或镍铬所缠线圈支持的电阻元件 [10，14图4弹簧刚度选择图示疗程( 实际捧量/ z：6排-)/玎为流量效率，通常拳验值80%2.2线圈计算弹簧力‰ 与背压有关，只有满足‰ >‰ 线圈才能驱动柱塞运动，取‰ (15%)‰ ，15%考虑到线圈发热，线圈阻值增大，效率降低。‰ 即为在行程为行程时的电磁力( 也为气隙长度)。

2.3确定柱塞的截面积s(1)根据图3选取气隙磁通密度B。。先求 (结构因数)K式中6 气隙长度(锄 )。

曲线b为N$t-，按图选取B。单位T。初选磁铁面积s(式中s为线圈内部柱塞面积，m ，Po为空气的磁导率(H/m)，H/m)，柱塞直径D的计算。 -.J n'D2。

(3)如图1所示，线圈主要有内径D 。(m)、外径D 长度 f 和宽度6。。

( 。D2A， 为线圈与柱塞之间的间隙，范围为[0.0005m，0.001m]，Dl/取值为O.5，0.6)。

选线圈的厚度包： ( - )/2，线圈长度 f ， 线圈长度与厚度之比[21取值范围[2，8。

(4)线圈导线直径的计算d (Im )，式子中P为铜的电阻率(mm2/m)，U线圈加载的电压。

(5)线圈杂数Ⅳ计算Ⅳ，f线圈填充系数根据导线线径及绝缘方法选取取值范围为[0.41，0。

(6)发热核算温升 (℃)的计算： - ，式中功励磁电流(A)，，：! ； r， 二囊-÷ 为线豳散热系数(w/m ·℃)，按照表3选lSH[。 为线圈散热面积(m ) ，，K 为线圈内表面积和外表面积散热系数之比， 取值范围为[1.5，2，2。

r 须小于绝缘等级(A、E、B、F、H级)所限制的温升才能满足散热要求。

如大于则线圈中电流过大，应增加匝数Ⅳ，需要重新核算 、 。 。

2.4确定弹簧的刚度及长度由励磁硝 - - ： 旦.o r4]l，咖 定芯端面到线圈两侧的高度(m)，L 6(m)，rl为是柱塞在螺线管中的长度，g为磁导率2 O，' - - - 璧三)篮，如图1所示。计算所有点的电磁力，即得到柱塞整个行程中，在线圈中各个位置所受到的力。

如： -Ylll。51212.SY，分别计算出 各个点对应的电磁力F.，F F：、F， ，然后绘制理论曲线图，如图4所示。

过A点和B点分别做电磁力曲线的切线，则弹簧冈惦E ∈[KB，KA。选择弹簧总长度时要保证弹簧的压缩量小于弹簧原长的25o/.(在弹簧压缩量小于25%的弹簧原长时候，弹簧使用寿命较长)，同时弹簧的内径要保证内径D 大于泵的通径D通轻。