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2 往复泵主要结构参数的选择与确定
在进行往复泵设计时，泵的基本性能参数----排除压力P和流量Q是由用户提供的。
要确定Q，必须确定S,n,D,Z等与结构有关的参数。此外，在绘制总体方案图时，还需要吸入管和排出管的内径d1,d2,他们也与Q有关。以上这些参数统称之谓泵的结构参数。但是d1,d2是在确定Q后确定的，如果在总体设计时预先选定了泵型和总体结构形式，那么，Z,K即为已知，η可预先选取。因此，决定Q的主要结构参数就是S,n,D。
由往复泵的设计实践经验得知，为了确定S,n,D组合的最佳方案，一般应选择合适的Um入手，而后再确定n，进而比较?，由此而逐步确定组合的最佳方案。 2.1往复泵容积效率η的选择
往复泵的容积效率一般选取原则如下：当泵排除压力高，流量小，每分钟往复次数高，液力端余隙容积大，制造精度低且输送高温，高粘度，含固体颗粒时，取较低值，反之取较高值。当输送常温清水时，0.80—0.98; 当输送石油产品，热水，液化泾等介质时，取0.60—0.80.故取0.7. 2.2柱塞平均速度Um的选择
Um 的大小直接影响泵各运动副零，部件的摩擦和磨损，特别是对活塞及其密封这一对运动副的影响尤为显著。较大的活塞速度Um会加速摩擦副的磨损，引起泄露加快，流量下降。另外Um的过大还会使吸入管路内的惯性水头增加，使吸入性能变坏。Um过小，会使液力端的尺寸增加。石油化工用泵一般介质，柱塞速度一般Um?1.1m/s。由统计可知，Um大小与折合成单联单作用泵的有效功率Nez有关。
Nea?(P2?P1)Q0.4Um?KtNez
(P1?P2)612Z(K?1)Q（P1可以忽略不计）；
式中Um—活塞平均速度，m/s；
Nez—折合成单联单作用泵的有效功率，kw； Kt—统计系数；
Z---联数，因为是五柱塞所以为5。
带入数据可得；0.480 m/s， Um = Nez=0.920kw,据查表2-5可选取Kt＝0.5，所以Um=0.480 m/s。
2.3 行程长度S的选取以及柱塞直径的确定
已知往复泵的转速为200r/min,根据Um?Sn/30得S=0.072米。根据表22.1-13液压缸活塞行程第三系列，选取S=0.08米=0.08毫米。D
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=240Q/SnZ??1?K?=0.0228mm,D值应按国家规定尺寸圆整，查机械设计手册[5]表37.3-2液压缸活塞外径尺寸系列，选取D=20mm。 2.4 程径比ψ=S/D的选择
程径比选取一般要注意，n值高时，取较小值。反之取大值。P2大时，其取大值；反之取小值。
程径比一般取值范围为1.0-3.5，当n值很高时，有的取0.8，对于高压或超高压泵，其值可能大到5-10，程径比ψ=S/D=4。 2.5 吸入和排出管内径d1,d2的选取
这两个值的选取主要取决于吸入，排出管内径的流速v1,v2.当其二过大时。水力阻力损失过大，消耗能量多，泵的吸入能力差，而且容易产生缸内空化和汽蚀以及泵的过流量现象；过小，管路和液力端尺寸较大。在往复泵中，通常要限制v1,v2的值，尤其是v1的值。当泵流量较小时，泵的吸附性能又无特别限制时，为了制造方便，互换性好，常常v1=v2,也就是d1=d2。
通常，v1=1-2m/s,v2=1.5-2.5m/s，取V1?V2?1.5m/s,d1=4Q/?V1，所以，通过圆整d1=0.0180m,d1=d2=18mm。
将以上计算结果列入下表
表2-1 泵的主要参数
Qt P2 ψ 4 d1 mm 18 m/h 1.38 3Kgf/cm 122.45 2n spm 200 S mm 80 D mm 20 d2 mm 18
泵的实际流量；Q =1.38?0.7=0.966m3/h 2.7原动机的选择
选择泵型和总体结构设计的同时，还应考虑原动机的选择。
（1）泵的轴功率N和泵的总效率 泵的有效功率Ne=PQ/612 =3.22kw
泵的输入功率N，由N=Ne/η且电动机泵的效率范围0.6-0.9 （2) 原动机的选择
往复泵品种繁多，功率相差很大，因此它所佩戴的原动机几乎涉及到每一种类型，往复泵的一般原则包括原动机必须满足前述功率Nd的要求,选择原动机的时候应注意转差率,应注意原动机的启动力矩和启动电流,注意泵输送介质和操作环境的易燃，易爆性。外形尺寸与泵搭配合适，外形美观，便于安装和检修。
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3 液力端主要零部件的设计计算
液压往复泵通常由液缸体，端盖，吸入阀和排出阀，柱塞，进出口法兰，机体，透盖，内螺栓等组成。设计的主要任务：正确地选择零部件的结构形式，确定主要结构尺寸，进行强度和刚度的校核工作，选取合适的材料和热处理方式，完成零部件加工图，并提出合理的技术要求。 3.1液缸体的设计和计算
液缸体是往复泵中主要承受液压的零件之一，由于它的形状复杂，壁厚不均，内有十字或T型交孔，应力集中大，而且是与输送介质接触，并承受内压狡辩载荷，因此，他的设计合理性，对其寿命有很大影响。特别是当输送高温，高压，时，应注意一下几点。
(1)要选取合适的材料和热处理方式，既要有较高的强度指标和抗腐蚀能力，又要特别注意材料对应力集中的敏感性；
(2)在结构设计上要求形状简单，壁厚均匀，内部流道孔相交也应尽可能减少，实践证明；在同等条件下，T形交孔要比十字形交孔的液缸体寿命长。
(3)如果在总体和液力端部件设计时就能注意到把液缸体内的高度应力集中部位和高压交变载荷曲分开来，将会有效提高液缸体使用寿命。
由于本文是低压，低速，小流量泵，液缸体破裂问题不突出，可不做考虑。 单作用泵的液缸体有整体式和组合式两种型式。锻或铸成一体的整体式液缸体和组合式液缸体相比，其刚性较好，机械加工量较少，广泛应用于单作用柱塞泵和活塞泵上。液缸体内孔结构应尽量采用圆柱形或球形，以减少应力，便于制造，在两交叉孔道的交接处应有足够大的圆角半锻以减少应力集中，避免过多的拐弯，以减少应力集中点和水力损失。下图是几种典型的单作用泵的缸体结构。其中a是吸入阀和排出阀直通式布置的整体式液缸体， b是吸入阀与排出阀垂直布置的整体式液缸体，图c是吸入阀和排出阀为组合式阀的液缸体， d是内壁加不锈钢衬里的整体式液缸体
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(a) (b)
(c) (d)
图3-1 液缸体的结构型式
液缸体结构设计时，应充分注意这些问题：在保证液缸体有足够的刚度和强度的条件下，力求减轻重量；液缸体与配合零件相关部分的结构尺寸应尽量符合“三化”要求。液缸体的毛胚有铸件、锻件，个别情况下采用铸焊、锻焊的结构。铸造液缸体和锻造液缸体相比，具有重量轻，材料消耗少，机械加工量少和成本低廉等优点，由于其形状受工艺限制，只适用于外形简单的液缸体，液缸体内流道由机械加工来完成。镀件液缸体主要用于高压小流量柱塞泵中。铸焊、锻焊液缸体只是在制造厂无大型铸锻设备时才采用。
以下是液缸体主要尺寸的确定和强度校核。液缸体内半径r1 由泵水力计算得出的。液缸体轴向尺寸由往复泵结构确定，液缸体的强度计算主要是确定其外半径r2和壁厚?。往复泵工作时，液缸内承受工作内压力。该力使液缸产生径向应力和周向应力，这是液缸体内基本应力。
但是因为由于液缸体结构复杂，再加上液缸体内液体压力的脉动，因此随着往复泵向高压、高速方向发展，使液缸体的受力复杂，给设计带来较大的困难。通常可以把液缸体看成为一压力容器，这样可借助薄壁筒的计算方法来校核液缸的强度。为了设计计算方便，按设计原理和方法的不同，把液缸体分为薄壁液缸
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体和厚壁液缸体，薄壁液缸体和厚壁液缸体是按液缸壁外径和液缸内径的比值K的大小来划分的，通常把K小于1.2的液缸体称为薄壁液缸体，K大于1.2的 液缸体成为厚壁液缸体。
薄壁液缸体可近似按两向应力状况和应力沿壁厚均匀分布的假设来进行设计，能满足工程上需要的精度要求。往复泵广泛使用的低压往复泵的液缸体，都可看作薄壁液缸体，假定液缸体为外圆半径为r2,内圆半径为r1的等厚圆筒且其壁厚相对轮薄（r2/r1<=1.5）时，这类液缸体可按薄壁筒公式确定其厚度：
pD?c
?????p??其中：?—液缸体的壁厚，单位cm
P—缸内最大工作压力，单位MPa
???—材料的许用应力，单位MPa
D— 液缸体的内半径，单位cm
?—焊缝系数，无焊接为1；
c—考虑铸造偏心及腐蚀的附加量c=0.3～0.8cm
对灰铸铁，球墨铸铁等脆性材料，许用应力可按抗拉强度选取,n对于普通铸铁???=15MPa=150kgf/cm2，当具有平衡工作条件时???=25MPa，对高强度铸铁
???=20-80MPa，对于球墨铸铁???=60-80MPa，对于碳素钢???=?5/n n为安全系
数一般取2-3 。上述是只适用于温度低于350摄氏度-400摄氏度，超过该温度要烤炉持久强度计算。取用碳素钢。
?s为材料的屈服极限，n为安全系数一般取2-3，带入数值：D=18mm
p=6MPa ?=1 c=0.3～0.8cm mm ，得：?=取7mm（材料Q235 其屈服极限
?s=235MPa, n取3。）
再根据强度校核公式，对于薄壁筒，σ=p[D1+(δ-c)]/[2(δ-c) ?] kgf/cm^2，σ=400 kgf/cm^2=39.2mpa,式中符号意义同上。因缸体一般不焊接支管，所以?=1.,代入数据退算出σ=39.2mpa
3.2.1传统往复泵阀的理论和计算
从往复泵的性能可知，提高柱塞的往复次数，减少了泵的重量和体积。但是，随着往复次数的增加，阀的速度以及阀质量所引起的惯性力随之增加，工作时容易产生撞击，使阀的工作表面以及密封圈等在冲击裁荷下遭受破坏。所以说阀的寿命也是影响提高往复次数的一个主要因素。因此，近年来对阀的工作理论，阀的结构和阀的破坏机理等的都做了许多研究。
阀通常是由阀座、阀板、弹簧、升程、升程限制器等零件组成。阀是靠作用
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