氣動焊接夾具壓縮空氣耗量計算方法研究
2008-01-01 00:00:00王紹杰
現代商貿工業 2008年5期
摘 要：主要針對汽車工廠設計中壓縮空氣耗量確定問題提出了一種便捷實用的設計思路。從而達到了優化設計的目的。
關鍵詞：壓縮空氣；優化；計算
中圖分類號：TP13文獻標識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0321-01
1 探討氣動焊接夾具壓縮空氣耗量的問題的必要性
焊接夾具是在現代化大規模的汽車生產過程中，進行裝配——焊接工作時必不可少的工藝裝備，它不僅保證了工件裝焊的相對位置，而且提高了勞動生產率、減輕了勞動強度，更為重要的是保證了產品質量。在像天津一汽這樣大規模的汽車流水生產線上，往往要求采用大量高效的、快速的氣動焊接夾具以滿足汽車生產的要求。由于這些焊接夾具數量大，要求高，直接影響產品質量，在設計初期確定這些夾具所消耗的壓縮空氣的量顯得尤為重要。因為這些數值一經確定則其精度直接影響動力設施及輸送管道的選取，若其數值偏大或偏小會造成壓力損失大或資源的不必要浪費，還可能出現震動或噪音等不良影響。因此依照設計工作中的實際情況，即具體的已知條件，如何迅速準確的算出氣動焊接夾具壓縮空氣耗量則成為解決問題的關鍵之所在。
2 氣動焊接夾具壓縮空氣耗量計算方法的比較
（1）計算法求小時最大耗氣量及小時平均耗氣量：
裝焊夾具的用氣為不帶儲氣筒的輪次用氣設備。輪次用氣設備主要是指依靠氣缸完成動作的設備。氣缸的結構形式較多，其中以活塞式氣缸最為常見，故以活塞式單向作用氣缸為例，計算裝焊夾具的耗氣量。
小時最大耗氣量：
①小時最大耗氣量：為氣缸一次充氣的耗氣量除以每次充氣所需的時間。
b max = V/ T(m3/h)（1）
式中：V - 一次的充氣量(m3)。對于雙作用氣缸是指工作行程的耗氣量。
T - 相應的充氣時間(h)。
②當已知氣缸工作行程的活塞平均速度時，設備小時最大耗氣量qsmax可按下式計算：qsmax=60KA v (1+Pb/100)（2）
K——修正系數。綜合考慮氣缸的充氣壓力不足，氣缸行程利用不足，漏損等因素的氣量修正系數；
A ——工作行程時承受壓縮空氣壓力的活塞面積，m2，
Pb ——供給氣缸的壓縮空氣工作壓力，以表壓力計，kPa；
v ——工作行程時活塞平均速度，m/min。一般氣缸活塞的平均速度為12～30m/min，最大為60 m/min。
小時平均耗氣量：
小時平均耗氣量：等于設備每工作循環耗氣量與小時平均工作循環次數之乘積。
=V*（3）
式中：V - 一個工作循環的耗氣量(m3/次)。
- 小時平均用氣工作循環次數(次/h) （應考慮誤動作次數）。
注：式中未考慮連續漏氣量。當氣缸動作完成后仍需通氣保持氣缸內氣體壓力時，在保壓期間將發生連續漏氣，漏氣量視氣缸大小、結構和工作環境而定。
那么式1-1、1-3中氣缸一次的充氣量（一個工作循環耗氣量）如何確定呢？可用下式表示
qg= K〔V0Pb/100+AL(1+Pb/100)〕（4）
或qg= K′AL(1+Pb/100)（5）
K——修正系數。綜合考慮氣缸的充氣壓力不足，氣缸行程利用不足，漏損等因素的氣量修正系數；
K′——損耗系數，計入余隙容積、氣缸內充氣壓力不足、行程利用不足、漏損等因素的氣量修正系數。當活塞速度高、行程長或加工精度高時，該系數的數值越小，反之越大。
V0 ——余隙容積，包括氣缸余隙容積和從換氣閥到氣缸的壓縮空氣管道的容積，m3；
Pb ——供給氣缸的壓縮空氣工作壓力，以表壓力計，kPa；
A——工作行程時承受壓縮空氣壓力的活塞面積，m2，
L——氣缸工作行程距離，m。
（2）還有一種直觀簡便的同時樂于被設計者采用的方法是查表法：估計一下氣缸直徑及行程長度，依表一查得氣動夾具的小時最大及小時平均耗氣量。
注：⑴壓縮空氣工作壓力600kPa；
⑵每一往復行程耗氣量中已考慮了氣動夾具的余隙部分及閥與夾具之間的管路容積的損耗；
⑶小時平均耗氣量已考慮使用過程中的連續漏損；
⑷氣缸直徑應根據所需加緊力等因素決定，
⑸當每小時夾緊次數大于本表數據時，應適當增加小時平均耗氣量。
（3）通過多年的實際設計工作感覺計算法還是比較準確的，但是依照前面所講的方法確定耗氣量的工作比較繁瑣。而且筆者發現由于實際設計過程中的原始數據有時候不能滿足要求，因此有時會給上述方法的應用帶來一定困難。因此我認為在設計工作中應該爭取進一步簡化和優化計算的過程。比如筆者在剛剛完成的天津一汽的一個轎車白車身裝焊車間的項目設計中，由于在施工圖設計階段設備廠家已經確定，因此這時就可以要求設備廠家提供詳細的各個焊接夾具的氣缸數目、往復行程耗氣量。同時可以根據產品的生產綱領確定出設備小時平均工作的次數，這時直接應用計算法中小時平均耗氣量的計算方法就可以快速準確的確定壓縮空氣的小時平均耗氣量了。再根據輪次用氣設備小時平均耗氣量=設備小時最大耗氣量X KL(設備利用系數：表示設備實際利用公用介質的程度)這樣的關系，從而進一步快速確定小時最大耗氣量，為后續專業準確確定壓縮空氣的輸送管徑提供設計依據，避免了計算法中小時最大耗量每次充氣所需的時間難以確定的難題。
3 結論及總結
通過上述分析不難看出，查表法快捷直觀但有一定局限性，計算法又過于繁瑣，而巧妙應用簡化的計算方法進行設計可以提高設計精度及速度，能夠幫助我們在設計過程中比較準確快速的確定壓縮空氣的耗氣量，達到優化設計的目的。
注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。
