Modelling and reduction of a solenoid pump transmitted vibrations

The most important application field of a solenoid pump is the beverage machines, such as a coffee machine. The aim of the pump is the movement of the water from the tank to the cup for the final user. The main drawback of the vibration pump is the high level of generated noise. The aim of the project is the analysis and reduction of the transmitted vibrations of a solenoid pump that are strictly related to the noise emitted. In order to achieve the desired objective two ways are followed. The first one is the reduction of the forces and vibrations generated by the pump while the latter consists in the reduction of the transmissibility of the generated vibrations through proper pump suspension system. The reduction of the generated vibrations is obtained acting on the mechanical parameters of the pump. By means of dedicated tests the study of the current characteristics of the pump P500 is done, in terms of spring’s parameters (stiffness, length, and preload), mass and geometry of the plunger and force exerted by the pump. Starting from these parameters a dynamic model of the pump has been developed. The study of the current pump’s characteristics and of the model of the system allows understating the cause of the emitted noise. The first part of the project has been concluded with the design of two couples of springs (linear and bilinear) that are very effective in term of noise reduction at equal pump performance. In order to reduce the vibrations transmitted to the case a proper suspension should be positioned between the pump and the coffee machine. Performance comparison of the available pump suspensions will be performed by FE models aiming to minimize the transmissibility of the pump. Design of an optimized suspension will be described beside the effect of the tubes connections on the expected vibrations transmissibility.

Le pompe a solenoide sono principalmente utilizzate nelle macchine da caffè ad uso domestico per la movimentazione dell’acqua dal recipiente dedicato alla tazza per l’utente finale. Uno dei principali svantaggi delle pompe a vibrazione è rappresentato dall’elevata rumorosità. Il presente lavoro ha come scopo l’analisi e la riduzione delle vibrazioni trasmesse dalla pompa le quali sono strettamente legate alla rumorosità della stessa. Per ottenere l’obiettivo descritto sono state seguite due strade parallele. La prima consiste nella riduzione delle vibrazioni generate dalla pompa a solenoide mentre la seconda prevede la progettazione di una sospensione con la quale collegare la pompa alla macchina in modo da ridurre la trasmissibilità delle vibrazioni generate. La riduzione delle vibrazioni è ottenuta agendo sui parametri meccanici della pompa. In particolare è stato inizialmente effettuato lo studio, tramite test dedicati, delle attuali caratteristiche meccaniche della pompa P500 in termini di caratteristiche delle molle (rigidezze, lunghezze e precarichi), massa e geometria del plunger e forza esercitata dalla bobina. Partendo da tali parametri un modello dinamico della pompa è stato sviluppato. Lo studio degli attuali parametri e del modello del sistema ha permesso di identificare la principale causa della rumorosità della pompa associata a componenti di vibrazione in alta frequenza. In conclusione della prima parte due coppie di molle (lineari e bilineari) sono state progettate e successivamente testate rivelandosi efficaci nella riduzione delle vibrazioni generate dalla pompa. Per ridurre le vibrazioni trasmesse dalla pompa alla struttura della macchina del caffè un’adeguata sospensione deve essere interposta tra i due componenti. Lo studio delle prestazioni delle sospensioni attualmente utilizzate è stato effettuato tramite modello ad elementi finiti. La sospensione ottimale tra quelle esistenti è stata definita. Successivamente delle nuove geometrie di sospensioni che permettono di ridurre ulteriormente la trasmissibilità sono state proposte e lo studio della presenza dei tubi è stato condotto proponendo nuove configurazioni.