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Excel工具在机械载荷设计中的应用
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Excel工具
在机械载荷设计中的应用
1. 前言：
机械载荷是太阳能组件测试标准IEC61215的重要测试项目，特别是成本压力越来越大的情况下，机械载荷测试仪给太阳能组件的设计者的材料选型提供了有效的手段，设计出性价比高的组件产品。质卫科技开发的气缸式机械载荷设备，通过扰动理论解决了静态测试过冲的问题，通过PID控制技术解决了动态测试中的一致性问题，得到客户的青睐，应用于动态测试和静态测试。
气缸载荷的力是通过气体加入到气缸中实现的，气缸的选择，压力控制阀的选择，气体管道的选择及布局，气量的大小等都会影响到气缸间均匀性及整个表面的压力控制精度。本文以气体流量举例，将EXCEL工具应用于设计中，使设备设计变的简单。
2. 气量的计算
2.1 计算条件
动态载荷的测试决定了气体需求量。我们做以下假设。
ü 组件面积：2.6m*1.4m；
ü 气缸直径：32mm，
ü 活塞直径：12mm，
ü 气缸行程：300mm，
ü 压强：1000Pa
ü 充气时间1秒钟。
ü 假设气体经过流量阀后的温度没有变化。
ü 供气压力为0.6MPa
ü 从流量阀到气缸之间的气量忽略不计。
2.2 计算方法
2.2.1 下压气量
1000Pa的总力为：1000*2.6*1.4=3640N；
单缸的力为：3640/72=50.5N；
单缸压力需要的气压为：50.5/((32/2000)*(32/2000)*3.14)=62893Pa；
需求气量为：(300/1000)* (32/2000)*(32/2000)*3.14=0.0002412m3；
气流量为：0.0002412/1=0.0002412m3/s=0.014469m3/min；
72个缸的总需求量为：72*0.014469=1.04178m3/min.
为了使问题简单化，我们直接用克拉伯龙方程计算供气量，供气量为：1.04178*62893/600000=0.105m3/min。
2.2.2 上拉气量
1000Pa的总力为：1000*2.6*1.4=3640N；
单缸的力为：3640/72=50.5N；
单缸拉力需要的气压为：50.5/((32/2000)*(32/2000)*3.14-(12/2000)*(12/2000)*3.14)=73184 Pa
需求气量为：(300/1000)* ((32/2000)*(32/2000)*3.14-(12/2000)*(12/2000)*3.14)=0.00020724m3;
气流量为：0.000207/1=0.000207m3/s=0.012434m3/min.
72个缸的总需求量为：72*0.012434=0.89528m3/min.
为了使问题简单化，我们直接用克拉伯龙方程计算供气量，供气量为：0.89528*73184/600000=0.105m3/min。
2.3 Excel的转换
我们把上述变量及公式输入到Excel表格中，如下图所示。
我们在表格中变化任何一个变量，都可以快速的到气量，并以此气量作为整个系统选型和设计的依据。
但在实际应用过程中，我们发现0.105m3/min的气量不能满足1秒钟充气的要求，这是管阻，漏气率等影响因素造成的。
根据测试结果，0.220m3/min的气量能达到要求，作为简单处理，我们加入了2.1的系数。使设计更加准确。当然，如果后面变更结构设计，2.1的系数不能满足要求，我们可以再增加多个系数，在去测试以验证公式的准确性。
3. 结论
本文介绍了一种Excel工具应用于机械载荷设计的方法。通过Excel公式的应用，对于设计输入的任何变量，我们能快速的得到设计输出的关键数据，作为我们设计的依据。当然，实际设备中，由于管阻，漏气率等情况的影响，理想公式不能满足要求，我们可以增加优化系数，使公式的准确度更高，设计更加准确高效。
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