摘要:為提高氣動(dòng)隔膜泵疲勞壽命，對(duì)隔膜形狀、材料、工藝以及壓蓋結(jié)構(gòu)均進(jìn)行了改進(jìn)，并在自行設(shè)計(jì)的疲勞壽命試驗(yàn)裝置上進(jìn)行了試驗(yàn)，證明效果良好。
1、概述
1893年2月世界上*臺(tái)氣動(dòng)隔膜泵獲，但生產(chǎn)的數(shù)量非常有限，特別是在工業(yè)上的應(yīng)用，更屬罕見(jiàn)。直到二十世紀(jì)中葉，由于工業(yè)迅速發(fā)展的需要，氣動(dòng)隔膜泵也跟隨發(fā)展?，F(xiàn)在世界上的氣動(dòng)隔膜泵生產(chǎn)廠主要有美國(guó)的WILDEN公司，GRACO（固瑞克）公司，華倫力公司以及英國(guó)的哈瑞森公司。
氣動(dòng)隔膜泵是一種用于輸送粘性大，離心泵無(wú)法輸送的料漿類流體的泵。它以壓縮空氣為動(dòng)力，推動(dòng)隔膜運(yùn)動(dòng)，一但到了極限位置，壓縮空氣分配閥自動(dòng)改變壓縮氣體的進(jìn)出方向，從而改變隔膜的運(yùn)動(dòng)方向，使其不斷進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，再由進(jìn)出口管內(nèi)四個(gè)單向閥的配合來(lái)達(dá)到抽送介質(zhì)的目的，是一種應(yīng)用非常廣泛的泵。
該型泵可以輸送高粘度、大顆粒介質(zhì)，可輸送易然、易爆介質(zhì)，具有自吸能力，還可置于介質(zhì)內(nèi)運(yùn)行。該型泵沒(méi)有軸封，無(wú)泄漏。另外，其制造成本低，具有離心泵、螺桿泵、轉(zhuǎn)子泵等型泵*的優(yōu)點(diǎn)。但是，該型泵由于是靠隔膜不斷往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到輸液目的，而隔膜往往是非金屬材料制成，如橡膠、聚四氟乙烯，非金屬的疲勞壽命往往很短，現(xiàn)在國(guó)外氣動(dòng)隔膜泵的疲勞壽命次數(shù)一般在2000萬(wàn)次左右，zui高的也不過(guò)5000萬(wàn)次。而國(guó)內(nèi)氣動(dòng)隔膜泵的疲勞壽命次數(shù)一般在300萬(wàn)次以下，正是此原因，大大影響國(guó)內(nèi)氣動(dòng)隔膜泵的廣泛使用。
2、結(jié)構(gòu)改進(jìn)
2.1、隔膜改進(jìn)
根據(jù)市場(chǎng)的需要，我廠于98年開(kāi)發(fā)了氣動(dòng)隔膜泵系列產(chǎn)品，*個(gè)規(guī)格是40口徑，參照國(guó)外樣機(jī)設(shè)計(jì)后，泵運(yùn)行動(dòng)作正常，但是經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，隔膜耐疲勞不超過(guò)200萬(wàn)次，于是進(jìn)行隔膜攻關(guān)。首先，因?yàn)楦裟ぴ诒脙?nèi)以很快的速度進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，特別是氣體壓力在0. 7MPa時(shí)，往復(fù)次數(shù)達(dá)145次每分鐘，一般實(shí)際使用時(shí)，往復(fù)次數(shù)在30 } 60次每分鐘左右。要提高隔膜的疲勞壽命，必需zui大限度地減少隔膜的應(yīng)力集中，于是從隔膜的外形著手，只要不影響隔膜安裝，將波形隔膜的波形半徑盡量加大，所有過(guò)渡圓角也盡量加大。其次，從隔膜的材料進(jìn)行攻關(guān)，橡膠原料采用進(jìn)口膠，簾子布采用特殊型號(hào)，硫化工藝進(jìn)行嚴(yán)格控制，每道工序進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)，制造了10件樣品。改進(jìn)后的隔膜示意圖如圖1所示。
2.2、隔膜壓蓋的改進(jìn)
對(duì)隔膜破裂的原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)都是在隔膜壓蓋接觸位置破裂，而且空氣腔發(fā)現(xiàn)許多粉末，說(shuō)明造成隔膜破裂的主要原因是因?yàn)楦裟荷w對(duì)隔膜壓得太死，以及壓蓋不斷與隔膜碰撞和磨擦所致，于是決定改進(jìn)壓蓋和隔膜（壓蓋與隔膜改進(jìn)前的裝配如圖2所示）。首先，壓蓋加大且一個(gè)是平的，另一個(gè)是圓弧形，使隔膜運(yùn)動(dòng)時(shí)與壓蓋的接觸始終是沿著圓弧壓蓋的圓弧邊成一條線接觸，改進(jìn)后的裝配如圖3所示
3、疲勞壽命試驗(yàn)裝置
隔膜樣品是制造出來(lái)了，可是如何試驗(yàn)又是個(gè)問(wèn)題，按照隔膜運(yùn)行的zui快速度145次每分鐘，疲勞壽命次數(shù)2000萬(wàn)次計(jì)算，每天24小時(shí)不間斷運(yùn)行，試驗(yàn)時(shí)間也得三個(gè)月以上，顯然，時(shí)間太長(zhǎng)。于是自行設(shè)計(jì)了一套試驗(yàn)裝置。利用偏心原理，把兩個(gè)球軸承裝在一偏心軸套上，偏心距等于氣動(dòng)隔膜泵隔膜總行程的一半，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。這樣一來(lái)，隔膜在試驗(yàn)裝置內(nèi)的行程和在氣動(dòng)隔膜泵內(nèi)的行程幾乎一樣，只不過(guò)速度不一樣，試驗(yàn)裝置內(nèi)，隔膜往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)際次數(shù)是350次每分鐘，因?yàn)楦裟な冀K浸在循環(huán)水中，所以認(rèn)為耐疲勞是一樣的（有待下一步驗(yàn)證），兩邊的壓蓋和氣動(dòng)隔膜泵內(nèi)壓蓋一樣。該試驗(yàn)裝置如圖4:
實(shí)驗(yàn)結(jié)果隔膜疲勞壽命次數(shù)已達(dá)到1200萬(wàn)次，而且，都是在壓蓋接觸位置破裂。
4、結(jié)論
我廠同時(shí)進(jìn)行了兩項(xiàng)試驗(yàn)，一項(xiàng)是用改進(jìn)前的壓蓋和改進(jìn)前的隔膜裝在氣動(dòng)隔膜泵中進(jìn)行真實(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)兩次結(jié)果都達(dá)到1200萬(wàn)次，證明用試驗(yàn)裝置進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果是*有效、可靠的。
另外，我廠將改進(jìn)后的隔膜和改進(jìn)后的壓蓋裝在試驗(yàn)裝置內(nèi)進(jìn)行不間斷試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果是3800萬(wàn)次，達(dá)到預(yù)期目的。
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