現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在水泵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

拜寧剛 趙海濤 高紅麗

南方中金環(huán)境股份有限公司 浙江杭州 311107

自20世紀(jì)60年代以來(lái)，一些新的技術(shù)和方法已經(jīng)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，這是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的研究對(duì)象主要針對(duì)特定 領(lǐng)域的研究方法，主要研究，分析和概括現(xiàn)有方法，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步探索和創(chuàng)造，并接受新的設(shè)計(jì)方法。仿真技術(shù)，有限元方法，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD），設(shè)計(jì)優(yōu)化，可靠性研究，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)，成本開(kāi)發(fā)，建模等所有這些都指現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)泵時(shí)，常用的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）方法和相關(guān)的計(jì)算機(jī)測(cè)試方法也是現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的關(guān)鍵。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的優(yōu)勢(shì)

汽車(chē)制造與生產(chǎn)是我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的重要組成部分，已經(jīng)具有了幾十年的發(fā)展過(guò)程。傳統(tǒng)的汽車(chē)設(shè)計(jì)方法主要是利用力學(xué)、數(shù)學(xué)以及機(jī)械設(shè)計(jì)等理論知識(shí)，在分析總結(jié)過(guò)往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上綜合形成的，在汽車(chē)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面具有實(shí)用性，但是創(chuàng)新性不足。因此，對(duì)比傳統(tǒng)的汽車(chē)設(shè)計(jì)方法，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法更突出了產(chǎn)品的綜合性能與創(chuàng)新性，在實(shí)現(xiàn)汽車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的同時(shí)更能滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)于汽車(chē)設(shè)計(jì)的多種性能要求。同時(shí)，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法融入了計(jì)算機(jī)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，不僅能夠提高汽車(chē)設(shè)計(jì)工作的效率，減少人力物力的耗費(fèi)，更能夠增強(qiáng)汽車(chē)設(shè)計(jì)的精確度與設(shè)計(jì)質(zhì)量。通過(guò)構(gòu)建出三維網(wǎng)絡(luò)模型，可以較為系統(tǒng)的分析出該設(shè)計(jì)模式下的汽車(chē)產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)，從而綜合評(píng)估其安全性和舒適度。另外，需要指出的是，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法更加注重汽車(chē)信號(hào)以及行車(chē)預(yù)測(cè)的分析。

2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特征

①系統(tǒng)性強(qiáng)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法注重用系統(tǒng)性的解決方法來(lái)應(yīng)對(duì)系統(tǒng)性的工程問(wèn)題。在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分考慮工程各個(gè)部分之間的關(guān)聯(lián)性，并在這基礎(chǔ)上做到最優(yōu)化設(shè)計(jì)。②創(chuàng)造性強(qiáng)。由于現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在具體過(guò)程中的運(yùn)用是相互交叉進(jìn)行的，有利于不同設(shè)計(jì)方法之間相互學(xué)習(xí)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，創(chuàng)造出新的可能。③適應(yīng)性強(qiáng)?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中需要對(duì)社會(huì)諸因素進(jìn)行綜合的考量，從最初的概念先行到后期的報(bào)廢回收，都需要以社會(huì)的實(shí)際需求為指導(dǎo)原則，以保證設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品符合市場(chǎng)的需要，滿(mǎn)足社會(huì)的要求。④優(yōu)化性高?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法注重集合解決，在進(jìn)行相關(guān)工作時(shí)，須綜合如技術(shù)、環(huán)境、技藝和性能等諸因素的影響，在此基礎(chǔ)上充分運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的知識(shí)，以高科技手段尋求設(shè)計(jì)的最佳方案，以便做好初始的設(shè)計(jì)工作并提高工作效益[1]。

3 結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計(jì)法實(shí)現(xiàn)優(yōu)化水泵設(shè)計(jì)策略

3.1 優(yōu)化參數(shù)

泵設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇至關(guān)重要，參數(shù)的選擇是泵設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。一些設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)?？紤]泵的整體安全性。 這種設(shè)計(jì)理念基本上符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，但設(shè)計(jì)理念也有助于泵流量和過(guò)度工程，泵設(shè)計(jì)。 適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)超出了要求的保證金。 在泵運(yùn)行期間，由于間隙的磨損，動(dòng)態(tài)和靜態(tài)配合趨于增加，這會(huì)影響流動(dòng)并顯著降低泵效率。 一般來(lái)說(shuō)，由于采用了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，優(yōu)化泵設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)際值非常突出，可以保證泵的總流量大于等于 至10%，儲(chǔ)備量小于或等于20%確保泵處于良好的工作狀態(tài)并保持高效率。

3.2 造型設(shè)計(jì)

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)泵送產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和舒適度提出了更高的要求，為了滿(mǎn)足需求，設(shè)計(jì)技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)在市場(chǎng)上。該技術(shù)完全結(jié)合了工程技術(shù)和美學(xué)藝術(shù)，因此在設(shè)計(jì)泵送產(chǎn)品時(shí)，不僅要注重設(shè)計(jì)產(chǎn)品的美學(xué)外觀，還要以其高性能，優(yōu)良的結(jié)構(gòu)和舒適性作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。為了保護(hù)產(chǎn)品的實(shí)用性，效率和美觀性。

3.3 水泵的可靠性設(shè)計(jì)

產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在預(yù)定的使用壽命或者使用期限內(nèi)，可以正常地完成其工作的能力，產(chǎn)品的可靠性是在其一開(kāi)始在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)準(zhǔn)備好的工作，若該步?jīng)]有完成好，后續(xù)是很難進(jìn)行彌補(bǔ)修繕的。任何一種產(chǎn)品的可靠性都是在設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮的非常關(guān)鍵的一部分，尤其是對(duì)于水泵這一產(chǎn)品，對(duì)于水泵的可靠性的設(shè)計(jì)，我們須從最開(kāi)始的源頭開(kāi)始考量[2]。從選材到參數(shù)制定，再到模型制造，整個(gè)過(guò)程中都需要時(shí)刻關(guān)注設(shè)計(jì)的可靠性，而且要和實(shí)際相聯(lián)系，面向社會(huì)，保證設(shè)計(jì)參數(shù)的高實(shí)用性。直至目前為止，可靠性設(shè)計(jì)在我國(guó)水泵的研究中還處于比較低的水平，相信隨著市場(chǎng)的推動(dòng)，可靠性設(shè)計(jì)在水泵設(shè)計(jì)中的應(yīng)用量會(huì)逐步提高。

3.4 局部損失控制策略

泵的液壓的局部損失主要發(fā)生在流動(dòng)通道明顯擴(kuò)大，緊固，轉(zhuǎn)動(dòng)并且流動(dòng)通道和流體流動(dòng)反向的位置。流體流動(dòng)容易在上述位置產(chǎn)生渦流，并且旋轉(zhuǎn)流體產(chǎn)生摩擦和沖擊，這反過(guò)來(lái)消耗一些動(dòng)能，這導(dǎo)致液壓動(dòng)力的損失。在設(shè)計(jì)泵時(shí)，應(yīng)從幾個(gè)方面入手，從而減少泵液壓系統(tǒng)的局部損失：首先，要注意適用性。在葉輪葉片的實(shí)際構(gòu)造中，葉片的葉片不會(huì)太厚。開(kāi)發(fā)人員充分考慮了泵的穩(wěn)定性，安全性和效率。經(jīng)過(guò)科學(xué)的計(jì)算和分析，盡可能地控制葉片的厚度，從而減少泵的局部液壓阻塞問(wèn)題;第二個(gè)是選擇。有目的地選擇葉輪葉片和葉片的進(jìn)出角度。特別是在過(guò)渡區(qū)，在葉輪的入口和出口處容易發(fā)生液壓損失，應(yīng)注意設(shè)計(jì)的效率和專(zhuān)業(yè)性，以避免液壓損失并影響后續(xù)操作的效率。同時(shí)，入口側(cè)必須適當(dāng)?shù)匮由斓轿肟?，以增加葉片的重疊程度，從而有效地減少流動(dòng)通道的擴(kuò)散并避免液壓動(dòng)力的局部損失;第三是突出創(chuàng)新[3]。在局部水力損失控制方面，還必須采用適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新設(shè)計(jì)策略,如果環(huán)形槽是在密封環(huán)，所述導(dǎo)向葉片的襯套，套筒等。D.打開(kāi)時(shí)，水泵內(nèi)部凹槽可使得水從高壓到低壓，起到實(shí)際的作用節(jié)流和減小液壓馬力流動(dòng)調(diào)節(jié)水壓。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法主要基于思維科學(xué)和設(shè)計(jì)理論系統(tǒng)，其采取的手段主要是方法論，并且該方法充分結(jié)合了以計(jì)算機(jī)為代表的各種工具、不同技術(shù)以及各類(lèi)程序。