机床冷却用泵开发项目技术研究与探讨

机床冷却用泵开发项目技术研究与探讨

杨仲波

（广东凌霄泵业股份有限公司广东阳春529600）

摘要：机床配套用泵主要应用于机床冷却液、润滑剂等输送喷洒及循环，广泛应用于车床、加工中心、铣床、电火花机床、磨床等机床上使用。本项目的推广应用，具有进一步扩宽机床泵市场的意义。产品向高性能、多功能方向发展。如低噪声、低振动产品、可调速、带保护装置的产品等。开发更具个性的产品与不同品牌的机床专门配套。产品的要求个性化方向发展，要求生产机床泵的企业具有较强的设计开发能力和质量体系。

关键词：机床泵；技术研究；开发探讨

一、技术情况

机床配套用泵主要应用于机床冷却液、润滑剂等输送喷洒及循环，广泛应用于车床、加工中心、铣床、电火花机床、磨床等机床上使用。国内机床设备的生产很大部分集中在广东的佛山、南海、高明等地，机床冷却用泵市场需求量大。根据国内外客户的需求及对市场调研，普通机床至少有一台电泵，而大型数控机床则是2-5台不等配套。随着新型加工技术的发展，大型数控机床会不断增加，对机床用泵也会不断增加，而且对配套用泵的要求也不断提升。我国机床技术发展较迟，发展空间大，特别是机床配套用泵，还处于发展初级阶段。对使用环境的认识不够，对抽送介质针对测试数据不足等，限制了机床配套用泵技术的发展。

高性能、高效率、低成本的机床泵将是未来的发展趋势,而性能指标是反映整泵水平的第一要素，通过分析国内同类产品的性能特点，相继吸收它们的优点，经过设计方案的不断调整以及在试制过程中不断的摸索，经与韩国A-RYUNG样机ACP-400F机床泵的性能指标对比可得，LCP4-280T已达到或超过参考样机的水平。

从性能对比表可知，本项目开发的LCP系列机床泵与国外知名企业相比较，性能指标已超过了样机的水平，韩国A-RYUNG样机ACP-400F机床泵经本公司的试验室检测，其性能指标为：最大扬程：9.7m，最大流量：6.6m3/h，最大效率：30.13%。而本项目开发的机床泵LCP4-280T性能指标经本公司的试验室检测，主要性能指标为：最大扬程：9.98m，最大流量：6.6m3/h，最大效率：30.41%。由检测结果表明，本项目开发的机床泵LCP4-280T性能指标已完全超过设计要求，符合开发标准。

机床泵是配套机床的关键部件，对电泵的振动、噪声、密封、保护及可靠性都有较高的要求。泵作为能量转换领域使用广泛的通用机械,在运行中产生的噪声已经成为环境噪声一个不可忽略的因素。因此,研究泵运行过程中的噪声问题就显得非常必要,分析其内部流场流动规律,探讨了机床泵流动噪声的主要声源。

二、研究开发内容、方法、技术路线：

（一）内容和解决的技术关键问题

1、国内外相关产品的技术现状：

国内的其它机床泵生产厂，由于开发时间晚，尚未掌握机床泵开发的关键技术，没有建立研发、创新技术平台，基本上都是外购件进行组装，开发能力较弱，产品的质量控制水平低，而且品种少，缺乏市场竞争力。

2、项目要解决的技术问题：

本项目必需解决以下几方面难题：

1)开发低振动、低噪声的电泵，低噪声单相电机是个技术难题，通过相应的频普分析仪器和大量的试验分析优选方案。

2)对机床泵的保护进行研究，包括过载、过压保护，保证电泵在非正常使用过程不损坏电泵。

3)解决铸件的可靠性和提高新产品的开发能力，提高铸造车间和模具制造车间质量和生产能力。

4)以流动噪声为主要优化指标,基于对比法对叶轮进行了优化设计。

（二）特点和创新之处

在电机的设计上，改进定、转子槽形、槽配合和斜槽距离，优化电机磁路，优选异步电动机电磁设计方案，消除、削弱电磁力波，减小电机的电磁噪声和振动，达到降低噪音、减小振动的目的。

应用速度系数法设计泵体，降低损耗，提高效能。采用速度系数法设计泵体的流道，使水流顺畅，减少撞击损失;采用浮动迷宫口环结构，减少压差损失，增大叶轮入口尺寸，减少叶轮入口液体流速以提高电泵的效率及抗汽蚀性能；减少叶轮外圆尺寸，增加副叶片或反叶片以提高压力能，减少叶轮的圆盘摩擦损失，使每台电泵整机效率提高6%左右。

通过改进电机冲片冲裁工艺方法，由原来的双排冲改用三排高速冲，提高矽钢片利用率，此方法可提高物料利用率5%。因此，对材料的损耗减少了8～10%，实现了产品的低损耗、高效节能的目的。

根据实际运行要求进行水力设计,通过ProE对水力模型进行三维建模，利用ICEM对三维模型划分全流道计算网格并进行网格无关性验证。进行外特性实验，对比了数值计算和试验结果之间的误差，验证了数值计算的可靠性。

（三）技术指标

设计任务书规定产品性能指标应达到生产机床泵的国外知名企业：韩国A-RYUNG公司相对应的产品性能。韩国A-RYUNG样机ACP-400F机床泵经本公司的试验室检测，其性能指标为：最大扬程：9.7m，最大流量：6.6m3/h，最大效率：30.13%。而本项目开发的机床泵LCP4-280T性能指标经本公司的试验室检测，主要性能指标为：最大扬程：9.98m，最大流量：6.6m3/h，最大效率：30.41%。由检测结果表明，本项目开发的机床泵LCP4-280T性能指标已完全超过设计要求，符合企业标准。

（四）技术路线

本项目所采用的技术方案：优化泵壳流道和叶轮方案，提高水泵效率，节约成本，提高市场销售能力。

以下为需要开展几个方面的工作：

1)进一步优化电机设计方案，节约电机成本。

2)重新设计水泵叶轮和泵壳流道尺寸，再一步提高泵的水力性能和效率。

3)对比整理测试数据，针对测试介质与测试环境调整电泵整体设计方案。

4)以流动噪声为主要优化指标,基于对比法对叶轮与泵壳进行了优化设计。

三、总结

机床配套用泵结构上取消了机械密封，解决了因机械密封容易磨损而须经常维修的烦恼，节约了泵的运行成本，提高了工作效率。通过联立效率回归方程和流动噪声回归方程,得到流动噪声最小,效率不降低的优化模型叶轮主要影响参数的值,从而确定最终优化模型。通过比较原模型与优化模型的效率和流动噪声声压级,验证了对比分析法对机床泵水力和声学性能优化的可行性。

参考文献：

[1]关醒凡.泵的理论与设计[M].北京；机械工业出版社

[2]关醒凡.现代泵技术手册[M].北京；宇航出版社

[3]李世煌、吴桐林.水泵设计教程[M].北京；机械工业出版社

[4]费宁.浅谈机床冷却泵的水力设计[J].电机电器技术

[5]牟介刚、李必祥.离心泵设计实用技术[M].北京；机械工业出版社

[6]周春林.提高机床冷却水泵电机寿命的方法[J].轴承