隔膜泵產(chǎn)品設(shè)計重量控制指標(biāo)的建立

付鵬

摘要：隔膜泵產(chǎn)品經(jīng)常被市場需求指定到海洋平臺、車載運輸、鉆井平臺等應(yīng)用場景，這些應(yīng)用平臺對產(chǎn)品重量十分敏感。本文通過引入功重比指標(biāo)，系統(tǒng)對比了進(jìn)口與國產(chǎn)隔膜泵及相似產(chǎn)品的重量控制數(shù)據(jù)，最終給出國產(chǎn)隔膜泵產(chǎn)品的重量控制意見。

關(guān)鍵詞：功重比;隔膜泵;線性規(guī)劃

中圖分類號：TH323? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

近年來，隔膜泵產(chǎn)品經(jīng)常被市場需求指定到海洋平臺、車載運輸、鉆井平臺等應(yīng)用場景，這些應(yīng)用平臺對產(chǎn)品重量十分敏感。為滿足新場景的要求，解決隔膜泵產(chǎn)品設(shè)計過程中設(shè)計重量控制依據(jù)問題，現(xiàn)以三缸單作用隔膜泵為例，通過梳理國產(chǎn)隔膜泵產(chǎn)品的重量相關(guān)數(shù)據(jù)[1]，對照同類國內(nèi)外相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)，探討與建立產(chǎn)品設(shè)計重量控制指標(biāo)。

1? ?隔膜泵產(chǎn)品設(shè)計重量控制指標(biāo)的初步討論

從遨游天空的飛船到人們掌心中的手機，所有的產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)過程中都會涉及重量問題。單一的觀察重量指標(biāo)意義不大。因為大多產(chǎn)品在完成任務(wù)時都要對外輸出自己的功能特征，功能特征需求設(shè)定的大小會直接影響其設(shè)計重量。只有在同一功能特征需求設(shè)定下去探討重量才更有意義。在眾多的功能特征需求中，產(chǎn)品對外做功是最為重要與常用的特征參數(shù)之一。這便為人們設(shè)計產(chǎn)品引入了一個重要概念——功率重量比（或比功率，功率質(zhì)量比，簡稱功重比，以下統(tǒng)稱“功重比”）。

汽車制造行業(yè)最早使用這一指標(biāo)。不同的轎車功重比從0.04～0.10 kW/kg不等。有文獻(xiàn)計算過一輛中型客車（車寬：2420 mm;車高：3255 mm）的功重比為12.18 kW/t。經(jīng)統(tǒng)計國外幾家著名的工程機械公司的推土機功重比為5.83～8.05 kW/t。從1903年帶動第一架飛機上天到二戰(zhàn)結(jié)束的40余年里，活塞式發(fā)動機獲得了飛速的發(fā)展，功重比由0.12 kW/kg提高到1.85 kW/kg。各類蓄電池功重比從200～450 W/kg不等，最新研究的超級電容器提升到了500～2000 W/kg。1988—2017年，美國發(fā)起過兩次國家級戰(zhàn)略，最終使渦輪發(fā)動機的功重比達(dá)到20 kW/kg。這些實例說明，功重比在產(chǎn)品控制中的重要性[2]。

隔膜泵產(chǎn)品的設(shè)計功能就是在電機與減速的驅(qū)動下，通過動力端與液力端兩大功能部裝實現(xiàn)被輸送漿體對外輸出流量與壓力特征，而流量與壓力的乘積就是產(chǎn)品對外輸出的功。參照上述中型客車與推土機的功重比單位，初步取其單位為kW/t。我們可以理解為1 t鋼材經(jīng)過設(shè)計后能夠承受多大的功率，這個數(shù)值越大說明同等功能特征輸出條件下設(shè)計重量越輕。下面將通過梳理相關(guān)產(chǎn)品重量數(shù)據(jù)確認(rèn)功重比指標(biāo)在隔膜泵產(chǎn)品中使用的可能性及控制目標(biāo)[3]。

2? ?國產(chǎn)隔膜泵相關(guān)數(shù)據(jù)的整理匯總

對國產(chǎn)三缸單作用隔膜泵數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，主要數(shù)據(jù)包括：電機功率、泵重、沖次、功重比。

功重比=電機功率/泵重。

繪制隔膜泵功率與功重比關(guān)系，如圖1?？梢钥闯鲭姍C功率越大，功重比的數(shù)值越大，其功重比值為2～12 kW/t。線性規(guī)劃方程為y=0.002x+6.027。部分功重比偏離擬合的線性規(guī)劃方程，最大的偏離達(dá)到80%。

3 相關(guān)產(chǎn)品重量數(shù)據(jù)的搜集與分析

為了更好地對比觀察產(chǎn)品功重比數(shù)據(jù)，以下收集了弗蘭德減速機數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)包括：重量、功率、減速比。收集進(jìn)口隔膜泵產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)包括：電機功率、泵重、沖次。對數(shù)據(jù)整理，繪制圖2與圖3。

圖2中，功重比隨著功率的增加而增加并呈現(xiàn)發(fā)散的變化，但以減速機的傳動比為主線觀察就無發(fā)散情況。圖3中，進(jìn)口隔膜泵產(chǎn)品隨功率增加，功重比值增大，功重比也存在一定離散性。減速機與進(jìn)口隔膜泵功重比的整體離散可歸結(jié)于減速比與沖次的影響，當(dāng)轉(zhuǎn)換成同一減速比與沖次時，離散情況應(yīng)該可以消失。

基于上述理解與分析，將減速機的圖2中的各減速比，按比例換算到35.5后進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖4所示。從圖中可以觀察到功重比集中在0.2 kW/kg左右，離散的情況完全消失。

同理，對圖3數(shù)據(jù)以43沖次進(jìn)行線性換算，得到圖5，可以看出，離散性基本消失。國外隔膜泵產(chǎn)品功重比為8～14 kW/t，線性規(guī)劃公式為y=0.002x+10.04。

根據(jù)上述結(jié)論，對圖1中數(shù)據(jù)進(jìn)行線性換算到43沖次的功重比，則得到圖6。可以看出，經(jīng)過換算后，國產(chǎn)隔膜泵產(chǎn)品的功率與功重比的離散性沒有得到改善。這與進(jìn)口產(chǎn)品的處理結(jié)果大相徑庭，原因在于國產(chǎn)隔膜泵產(chǎn)品歷年設(shè)計過程中缺少功重比指標(biāo)規(guī)劃與指導(dǎo)。

4 國產(chǎn)隔膜泵與進(jìn)口隔膜泵數(shù)據(jù)對比及結(jié)論

將圖5與圖6數(shù)據(jù)疊加在一張圖中，得到圖7。國產(chǎn)隔膜泵的線性規(guī)劃方程y=0.003x+6.459與進(jìn)口隔膜泵的線性規(guī)劃方程y=0.002x+10.04相比整體功重比偏低。

經(jīng)過梳理，本文最終得出如下結(jié)論。

①使用“功重比”作為隔膜泵產(chǎn)品設(shè)計重量的控制指標(biāo)可行。

②國產(chǎn)隔膜泵要加強“功重比”指標(biāo)在產(chǎn)品設(shè)計規(guī)劃中的使用。

③國產(chǎn)隔膜泵小功率泵型的“功重比”還需改善。

④國產(chǎn)隔膜泵整體需進(jìn)一步提升“功重比”指標(biāo)，趕超進(jìn)口隔膜泵。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐哲.我國電動汽車發(fā)展現(xiàn)狀與對策研究[J].上海汽車，2006，33（5）：6-9.

[2] 王玲.混合動力大巴用高比功率鎳氫電池的管理系統(tǒng)設(shè)計[D].北京：北方工業(yè)大學(xué)，2004，06.

[3] 劉正富.全液壓推土機關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)研究[D].西安：長安大學(xué)，2004，01.