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手动试压泵的创新设计
作者：赵波慧
来源：《硅谷》2013年第23期
摘 要 手动试压泵体积小、重量轻、运输方便、操作简单、使用方便、维护简单，广泛应用于煤炭、冶金、石化、电力、机械等行业，是一种简单方便的液压动力源。市场上现有手动试压泵一般为柱塞泵，有单级与双级两种形式，它的所有阀通常都集中在柱塞泵上，结构相对紧凑。换向阀与柱塞泵分为2个的部件，但可组合使用。单级柱塞泵的结构相对简单；双级柱塞泵有两种不同的结构形式，一种是串联形式，另一种是并联形式。 关键词 液压泵；阀；密封；机械加工
中图分类号：TH3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）23-0027-01 1 现有手动试压泵结构和工作原理
一般来说，通用手动试压泵主要由泵体、水箱、手动机构组成。
使用时，柱塞在手动机构作用下作上、下往复运动，由于泵体内的工作容积增大，造成泵体内吸排水阀之间局部真空、水箱内的工作介质通过过滤网、进水管和吸水阀被顶开，工作介质从出水口被输送到试压容器中，如此手柄交错上下工作，直到达到所需压力为止。 2 柱塞的结构设计与校核 2.1 柱塞的结构尺寸设计
由静力学分析和打压试验得到的数据知，单缸泵所要得到的额定压力为2 Mpa。 其中，S是柱塞的横截面积，F为人施加的外力，又有： 得出，要设计的单缸泵柱塞的直径为D=32 mm。
查手册，得柱塞缸的标准行程系列，选择柱塞的行程为50 mm。 2.2 活塞杆稳定性验算
本次设计泵的活塞杆直径d=32 mm，安装长度l=190。故l/d=5.94>5，所以有必要进行抗弯强度或稳定性的校核。活塞杆校核的类型分为两类：无偏心载荷的稳定性校核；承受偏心载荷的稳定性校核。
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实际制造的活塞缸精度达到了一定的要求活塞杆在运动的过程中所受到的载荷的主要部分基本是沿着活塞杆的轴线方向的，径向受力的分量很小几乎可以忽略不计，因此按照无偏心载荷的稳定性校核方法进行校核。 3 “O”型圈的密封改进
O圈静密封的机理：O圈装入密封沟槽后，其截面受到压缩变形，由此产生的反弹力给被密封面和沟槽面以初始的压缩应力而起密封作用，此种密封作用称预密封作用。当有压液体通过间隙进入沟槽时，液压力将O圈压入沟槽一侧，封閉密封间隙，此时O型圈的接触应力增加到初始压力与液压力的合力，因此理论上无论液体压力多大，都能实现无泄露密封。 手动泵的柱塞密封是轴向往复式动密封，属于自封式接触密封。该密封的O型圈内径比柱塞直径略小而外径尺寸则比缸套内径略大，组装后主要靠介质的压力使密封圈变形与柱塞表面与缸套（缸体）内壁紧密接触形成密封。 4 单向阀的改进
图1为现有大部分泵的出口处单向阀的设计，此设计使单向阀与泵体称为一个整体，泵体的一部分即为单向阀的阀座。理论上，此设计能够满足泵的密封要求，实现单向阀的作用，但是安装和拆卸过程比较麻烦。当泵使用一段时间后阀芯上的密封圈磨损之后需要更换，或者阀芯上粘有异物影响单向阀效果时，需要维修时，由于阀芯和阀座的配合精度较高很难取出，不便于维修。
图1 现有单向阀结构
本泵的设计中，我们想改进单向阀的结构设计，使其便于维修，便于加工，故考虑将单向阀做成一个整体部件，损坏后只需更换部件即可重新使用。
图2为改进后的单项阀。阀座4通过螺纹与泵体实现准确连接，组合垫3能够保证他们之间的密封。阀芯8与部件6通过锥面连接，阀芯8上的O型圈保证密封。部件1和部件6将阀芯和弹簧在阀座内部，组合垫2和5保证密封。通过这种设计，可以方便单项阀的拆卸维修。
图2 改进后的单向阀结构 5 典型零件机械加工工艺
本设计中泵的所有零件的加工基本上由本人完成，包括车、铣、钻、磨等所有工艺本人都操作。单缸手动泵涉及的零件有二十多个之多，在本论文的叙述中，其加工工艺不可能一一阐述，故挑选其中一个有代表性的零件——单向阀组件，对其进行机械加工工艺的介绍。
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图3 单向阀组件零件图
此零件结构如图3所示，其结构中包括两个M16×1.5的内螺纹和一个M30×1.5的外螺纹。在内螺纹的加工过程中首先需要钻一个直径为14.5 mm的孔，然后用M16×1.5的丝锥攻螺纹；在外螺纹的加工过程中，首先将外圆车到直径为30 mm，然后可以通过车床车螺纹，也可以用板牙套螺纹，本零件的加工采用套螺纹方式。
零件左端的用于拧紧零件的外六角头在铣床上加工完成。其加工精度通过查阅手册得到，六角头右侧的台阶作用是固定组合垫圈。台阶右侧的锥面是为安装组合垫圈的特殊设计，此设计也可通过查阅手册得到其尺寸。 6 结束语
本次设计制造的单缸手动试压泵的各个性能参数，如额定压力、流量等基本达到设计要求，设计的试压泵能够正常工作，零件的校核也达到要求。设计在单项阀的改进、柱塞的密封改进、组合式密封方面都作出了一定程度的创新。制造的单缸泵使用简便，方便维修，相比于现有的手动试压泵，其使用寿命、整体可靠性都得到了提高。 参考文献
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赵波慧，男，汉族，河北省廊坊市华北科技学院机电工程学院，在读。
