气动焊接夹具压缩空气耗量计算方法研究
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摘 要：主要针对汽车工厂设计中压缩空气耗量确定问题提出了一种便捷实用的设计思路。从而达到了优化设计的目的。
关键词：压缩空气；优化；计算
中图分类号：TP13文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）05-0321-01
焊接夹具是在现代化大规模的汽车生产过程中，进行装配――焊接工作时必不可少的工艺装备，它不仅保证了工件装焊的相对位置，而且提高了劳动生产率、减轻了劳动强度，更为重要的是保证了产品质量。在像天津一汽这样大规模的汽车流水生产线上，往往要求采用大量高效的、快速的气动焊接夹具以满足汽车生产的要求。由于这些焊接夹具数量大，要求高，直接影响产品质量，在设计初期确定这些夹具所消耗的压缩空气的量显得尤为重要。因为这些数值一经确定则其精度直接影响动力设施及输送管道的选取，若其数值偏大或偏小会造成压力损失大或资源的不必要浪费，还可能出现震动或噪音等不良影响。因此依照设计工作中的实际情况，即具体的已知条件，如何迅速准确的算出气动焊接夹具压缩空气耗量则成为解决问题的关键之所在。
2 气动焊接夹具压缩空气耗量计算方法的比较
（1）计算法求小时最大耗气量及小时平均耗气量：
装焊夹具的用气为不带储气筒的轮次用气设备。轮次用气设备主要是指依靠气缸完成动作的设备。气缸的结构形式较多，其中以活塞式气缸最为常见，故以活塞式单向作用气缸为例，计算装焊夹具的耗气量。
小时最大耗气量：
①小时最大耗气量：为气缸一次充气的耗气量除以每次充气所需的时间。
b max = V/ T(m3/h)（1）
式中：V - 一次的充气量(m3)。对于双作用气缸是指工作行程的耗气量。
T - 相应的充气时间(h)。
②当已知气缸工作行程的活塞平均速度时，设备小时最大耗气量qsmax可按下式计算：qsmax=60KA v (1+Pb/100)（2）
K――修正系数。综合考虑气缸的充气压力不足，气缸行程利用不足，漏损等因素的气量修正系数；
A ――工作行程时承受压缩空气压力的活塞面积,m2，
Pb ――供给气缸的压缩空气工作压力，以表压力计,kPa；
v ――工作行程时活塞平均速度，m/min。一般气缸活塞的平均速度为12～30m/min，最大为60 m/min。
小时平均耗气量：
小时平均耗气量：等于设备每工作循环耗气量与小时平均工作循环次数之乘积。
=V*（3）
式中：V - 一个工作循环的耗气量(m3/次)。
- 小时平均用气工作循环次数(次/h) （应考虑误动作次数）。
注：式中未考虑连续漏气量。当气缸动作完成后仍需通气保持气缸内气体压力时，在保压期间将发生连续漏气，漏气量视气缸大小、结构和工作环境而定。
那么式1-1、1-3中气缸一次的充气量（一个工作循环耗气量）如何确定呢？可用下式表示
qg= K〔V0Pb/100+AL(1+Pb/100)〕（4）
或qg= K′AL(1+Pb/100)（5）
K――修正系数。综合考虑气缸的充气压力不足，气缸行程利用不足，漏损等因素的气量修正系数；
K′――损耗系数，计入余隙容积、气缸内充气压力不足、行程利用不足、漏损等因素的气量修正系数。当活塞速度高、行程长或加工精度高时，该系数的数值越小，反之越大。
V0 ――余隙容积，包括气缸余隙容积和从换气阀到气缸的压缩空气管道的容积,m3；
Pb ――供给气缸的压缩空气工作压力，以表压力计,kPa；
A――工作行程时承受压缩空气压力的活塞面积,m2，
L――气缸工作行程距离，m。
（2）还有一种直观简便的同时乐于被设计者采用的方法是查表法：估计一下气缸直径及行程长度，依表一查得气动夹具的小时最大及小时平均耗气量。
注：⑴压缩空气工作压力600kPa；
⑵每一往复行程耗气量中已考虑了气动夹具的余隙部分及阀与夹具之间的管路容积的损耗；
⑶小时平均耗气量已考虑使用过程中的连续漏损；
⑷气缸直径应根据所需加紧力等因素决定，
⑸当每小时夹紧次数大于本表数据时，应适当增加小时平均耗气量。
（3）通过多年的实际设计工作感觉计算法还是比较准确的，但是依照前面所讲的方法确定耗气量的工作比较繁琐。而且笔者发现由于实际设计过程中的原始数据有时候不能满足要求，因此有时会给上述方法的应用带来一定困难。因此我认为在设计工作中应该争取进一步简化和优化计算的过程。比如笔者在刚刚完成的天津一汽的一个轿车白车身装焊车间的项目设计中，由于在施工图设计阶段设备厂家已经确定，因此这时就可以要求设备厂家提供详细的各个焊接夹具的气缸数目、往复行程耗气量。同时可以根据产品的生产纲领确定出设备小时平均工作的次数，这时直接应用计算法中小时平均耗气量的计算方法就可以快速准确的确定压缩空气的小时平均耗气量了。再根据轮次用气设备小时平均耗气量=设备小时最大耗气量X KL(设备利用系数：表示设备实际利用公用介质的程度)这样的关系,从而进一步快速确定小时最大耗气量，为后续专业准确确定压缩空气的输送管径提供设计依据，避免了计算法中小时最大耗量每次充气所需的时间难以确定的难题。
3 结论及总结
通过上述分析不难看出，查表法快捷直观但有一定局限性，计算法又过于繁琐，而巧妙应用简化的计算方法进行设计可以提高设计精度及速度，能够帮助我们在设计过程中比较准确快速的确定压缩空气的耗气量，达到优化设计的目的。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。