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摘要：汽车生产中的焊接生产线大量采用的是电阻焊机，其工作时的特点是冲击大，负荷电流波动剧烈。如何准确计算用电负荷、配置可靠的供电系统，对于汽车生产厂一直是较难解决的问题。常见的现象是变压器配置容量过大，浪费严重；或是配置容量不足，在生产中频繁出现开关跳闸，甚至是变压器损坏，生产运行受到严重影响。
关键词：冲击 负荷 工艺参数
一、负荷计算中的问题
负荷的计算方法主要有需要系数法、二项式法和利用系数法三种。其共同特点是引用前人的经验系数，然后通过计算有功和无功负荷，得到生产线负荷的经验计算法。在实际运用中，通过这样的计算得到的数据极少能够准确。
例如，某汽车生产焊接线，点焊机120台，单台容量Sr=160KVA，暂载率ε=25%，功率因数COS =0.5，试计算为其供电的变压器容量Sjs、计算电流Ijs和功率因数COSΦ（需要系数法）。
解：（1）将电焊机的设备容量换算到负载持续率为100%的有功功率：
PN=Sr COS=160× ×0.5=40KW
（2）整线有功计算负荷：
Pjs=K∑P∑(Kx PN)=0.85×120×0.15×40=612KW
（3）整线无功计算负荷：
Qjs=K∑Q∑(Kx QN)=0.95×120×0.15×40×1.73=1058.76Kvar
（4）整线的计算容量：
Sjs= =1222.9KVA
（5）计算电流：
Ijs= Sjs/ UN=1222.9/1.732×0.4=1765A
（6）整线功率因数：
COSΦ= Pjs/ Sjs=612/1222.9=0.5
PN——单台电焊机有功功率，KW
QN——单台电焊机无功功率，Kvar
Kx——需要系数，0.1~0.15，取0.15（见《电气工程师实务手册》P190）
K∑P——有功同期系数，0.8~0.9，取0.85
K∑Q——无功同期系数，0.93~0.97，取0.95
根据计算，选取变压器的容量必须大于1222.9KVA，可选择容量为1600KVA的变压器。
以上的需要系数法计算中，计算负荷的准确性的高低在于需要系数的选取。在各种书籍中，需要系数的取值差别很大，范围在0.1至0.35之间。若取0.35，计算容量就达到了2853KVA，为前述结果的1.4倍，选择的变压器就会达到3150KVA以上。以这样的结果配置出的系统就会带来巨大的投资费用，而实际的生产负荷往往远小于计算负荷。采用其它的系数计算方式的结果也基本和需要系数法结果相近。
由此可见，单纯的依照经验数据（系数法）是不可能准确计算出汽车焊接线的准确负荷的。
二、 焊接线的负荷分析
其实，任何一种负荷计算方法，都离不开对运行状况的分析，盲目应用经验数据，得出的结果必然出现极大的偏差。教科书上的经验数据，对某些小规模生产和机加设备生产有一定的指导价值，但要计算准确，还得要对生产工艺进行了解和分析。
汽车生产线的生产，讲究的是生产节拍，而系数计算法的缺陷在于没有对应的节拍系数，上述的计算结果无法说明是在什么节拍下的数据。要准确地计算焊接生产线的负荷，必须先清楚其负荷和哪些因数有关。
焊接生产线的节拍指的是在所有的工位上完成单车焊接点的时间。也就是说在这个时间里，所有的工位完成了一个整车的焊接点数。每个焊点代表焊机工作了一次，整车有多少个焊点就代表有多少台焊机在这个节拍内进行了一次工作，这说明焊接线的实际设备负荷和装机台数的多少没有关系，和同时工作的焊机数量有关系，和整车的焊接点数有关系。同时工作的焊机工作时的电流与焊机的单台容量有关系，和焊接工件要求的焊接时间有关系。
点焊机的工作分为4个步骤，仅在焊接时产生大电流，这个步骤的时间随焊接工件的要求而定，一般的薄板焊接约5~10个周波（0.1~0.2秒），厚的板材约15~20个周波（0.3~0.4秒）。分析焊接负荷的大小就是分析在这个时期内有多少台焊机同时工作。
根据以上的分析，我们可以得出这样的结论：焊接线的负荷大小和焊接的节拍时间成反比、和焊点总量多少成正比、和同时工作的焊机的单台容量成正比、和焊接时间成正比。
三、 工况计算法
从上分析，焊接线的负荷容量表达式为：
Sjs=Kn Sr +ΔS……………………………………….（1）
K——负荷修正系数N——平均同时工作的焊机台数
ΔS——其余的辅助生产机具计算容量
即同时工作的焊机数量和其余的辅助生产机具负荷。焊接生产讲究节拍，因此，不可能所有的焊机在同一个时刻同时工作，其尖峰负荷就是最大焊机工作数时的工作负荷。而我们要计算的是焊接线的正常工作负荷，所以就建立了这样一个数学模型，在一个工作班内，焊机工作是规律的，有秩序的。在这样的工作环境下的平均负荷，再考虑一定的负荷修正系数，得出焊接线的计算负荷。
造成焊接线负荷偏离平均值的因数主要有人员工作的熟练程度，前后工序的复杂程度。经过现场测试，有的工位的员工完成其工位焊点时间仅需80秒，而瓶颈工位的节拍需要120秒。因此，焊接线的负荷修正系数应如下式表达
K =K1K2…………………………………………….（2）
K——负荷修正系数
K1——工序的复杂程度，1~1.5（取值可参照工位焊接工艺）
K2——员工的操作熟练系数，0.9~1.2
剩下的就是同时工作焊机数量的确定问题。我们知道，焊机的工作有四个步骤（加压、焊接、保持、休息），真正出现大负荷的是通电焊接的那一个时间，这个时间的大小与工艺要求有关，也就是常说的焊接周波数。焊接线的负荷大小就在于在这个焊接周波内有多少台焊机同时工作。根据生产线的设计量纲，可以得出生产节拍；根据单车焊点数可以知道设计节拍内的焊机工作总数，从而得出在工艺要求焊接周波内的同时工作焊机数量，即
n=Nt×0.02/60T……………………………………………（3）
N——单车焊点总数
t ——焊接周波数量
T——焊接生产节拍，min/车
由（1）（2）（3）可得
Sjs= K1K2Nt Sr/(3000T) +ΔP
Sr——单台焊机容量，KVA
ΔP——其余的辅助生产机具计算容量，KVA
K1——工序的复杂程度，1~1.5（取值可参照工位焊接
K2——员工的操作熟练系数，0.9~1.2
N——单车焊点总数
t ——焊接周波数量
T——焊接生产节拍，min/车
四、实例
某焊接生产线，点焊机总数111台，单台容量160KVA，设计生产节拍4 min/辆，实际生产节拍3 min/辆，单件焊点总数为3300，计算生产线负荷？若增加34台焊机，节拍提升至2 min/辆，其负荷应为多少？按80%负荷率配置变压器（不考虑辅助机具）。
（1） 按原设计节拍
Sjs=K1K2NtSr/(3000T)=1.3×1.1×3300×20×160/(3000×4)=1258KVAIjs= Sjs/( UN) =1258/(1.732×0.4)=1816A
变压器应配置1600KVA
（2） 按实际节拍
Sjs=K1K2NtSr/(3000T)=1.3×1.1×3300×20×160/(3000×
UN)=1677KVAIjs= Sjs/(UN)=1677/(1.732×0.4)=2421A
变压器应配置2000KVA
（3） 增加焊机，提升节拍后
UN)Sjs=K1K2NtSr/(3000T)=1.3×1.1×3300×20×160/(3000×
)=2516.8KVA
Ijs= Sjs/(UN)=2516.8/(1.732×0.4)=3633A
变压器应配置3150KVA
关键词：冲击 负荷 工艺参数
一、负荷计算中的问题
负荷的计算方法主要有需要系数法、二项式法和利用系数法三种。其共同特点是引用前人的经验系数，然后通过计算有功和无功负荷，得到生产线负荷的经验计算法。在实际运用中，通过这样的计算得到的数据极少能够准确。
例如，某汽车生产焊接线，点焊机120台，单台容量Sr=160KVA，暂载率ε=25%，功率因数COS =0.5，试计算为其供电的变压器容量Sjs、计算电流Ijs和功率因数COSΦ（需要系数法）。
解：（1）将电焊机的设备容量换算到负载持续率为100%的有功功率：
PN=Sr COS=160× ×0.5=40KW
（2）整线有功计算负荷：
Pjs=K∑P∑(Kx PN)=0.85×120×0.15×40=612KW
（3）整线无功计算负荷：
Qjs=K∑Q∑(Kx QN)=0.95×120×0.15×40×1.73=1058.76Kvar
（4）整线的计算容量：
Sjs= =1222.9KVA
（5）计算电流：
Ijs= Sjs/ UN=1222.9/1.732×0.4=1765A
（6）整线功率因数：
COSΦ= Pjs/ Sjs=612/1222.9=0.5
PN——单台电焊机有功功率，KW
QN——单台电焊机无功功率，Kvar
Kx——需要系数，0.1~0.15，取0.15（见《电气工程师实务手册》P190）
K∑P——有功同期系数，0.8~0.9，取0.85
K∑Q——无功同期系数，0.93~0.97，取0.95
根据计算，选取变压器的容量必须大于1222.9KVA，可选择容量为1600KVA的变压器。
以上的需要系数法计算中，计算负荷的准确性的高低在于需要系数的选取。在各种书籍中，需要系数的取值差别很大，范围在0.1至0.35之间。若取0.35，计算容量就达到了2853KVA，为前述结果的1.4倍，选择的变压器就会达到3150KVA以上。以这样的结果配置出的系统就会带来巨大的投资费用，而实际的生产负荷往往远小于计算负荷。采用其它的系数计算方式的结果也基本和需要系数法结果相近。
由此可见，单纯的依照经验数据（系数法）是不可能准确计算出汽车焊接线的准确负荷的。
二、 焊接线的负荷分析
其实，任何一种负荷计算方法，都离不开对运行状况的分析，盲目应用经验数据，得出的结果必然出现极大的偏差。教科书上的经验数据，对某些小规模生产和机加设备生产有一定的指导价值，但要计算准确，还得要对生产工艺进行了解和分析。
汽车生产线的生产，讲究的是生产节拍，而系数计算法的缺陷在于没有对应的节拍系数，上述的计算结果无法说明是在什么节拍下的数据。要准确地计算焊接生产线的负荷，必须先清楚其负荷和哪些因数有关。
焊接生产线的节拍指的是在所有的工位上完成单车焊接点的时间。也就是说在这个时间里，所有的工位完成了一个整车的焊接点数。每个焊点代表焊机工作了一次，整车有多少个焊点就代表有多少台焊机在这个节拍内进行了一次工作，这说明焊接线的实际设备负荷和装机台数的多少没有关系，和同时工作的焊机数量有关系，和整车的焊接点数有关系。同时工作的焊机工作时的电流与焊机的单台容量有关系，和焊接工件要求的焊接时间有关系。
点焊机的工作分为4个步骤，仅在焊接时产生大电流，这个步骤的时间随焊接工件的要求而定，一般的薄板焊接约5~10个周波（0.1~0.2秒），厚的板材约15~20个周波（0.3~0.4秒）。分析焊接负荷的大小就是分析在这个时期内有多少台焊机同时工作。
根据以上的分析，我们可以得出这样的结论：焊接线的负荷大小和焊接的节拍时间成反比、和焊点总量多少成正比、和同时工作的焊机的单台容量成正比、和焊接时间成正比。
三、 工况计算法
从上分析，焊接线的负荷容量表达式为：
Sjs=Kn Sr +ΔS……………………………………….（1）
K——负荷修正系数N——平均同时工作的焊机台数
ΔS——其余的辅助生产机具计算容量
即同时工作的焊机数量和其余的辅助生产机具负荷。焊接生产讲究节拍，因此，不可能所有的焊机在同一个时刻同时工作，其尖峰负荷就是最大焊机工作数时的工作负荷。而我们要计算的是焊接线的正常工作负荷，所以就建立了这样一个数学模型，在一个工作班内，焊机工作是规律的，有秩序的。在这样的工作环境下的平均负荷，再考虑一定的负荷修正系数，得出焊接线的计算负荷。
造成焊接线负荷偏离平均值的因数主要有人员工作的熟练程度，前后工序的复杂程度。经过现场测试，有的工位的员工完成其工位焊点时间仅需80秒，而瓶颈工位的节拍需要120秒。因此，焊接线的负荷修正系数应如下式表达
K =K1K2…………………………………………….（2）
K——负荷修正系数
K1——工序的复杂程度，1~1.5（取值可参照工位焊接工艺）
K2——员工的操作熟练系数，0.9~1.2
剩下的就是同时工作焊机数量的确定问题。我们知道，焊机的工作有四个步骤（加压、焊接、保持、休息），真正出现大负荷的是通电焊接的那一个时间，这个时间的大小与工艺要求有关，也就是常说的焊接周波数。焊接线的负荷大小就在于在这个焊接周波内有多少台焊机同时工作。根据生产线的设计量纲，可以得出生产节拍；根据单车焊点数可以知道设计节拍内的焊机工作总数，从而得出在工艺要求焊接周波内的同时工作焊机数量，即
n=Nt×0.02/60T……………………………………………（3）
N——单车焊点总数
t ——焊接周波数量
T——焊接生产节拍，min/车
由（1）（2）（3）可得
Sjs= K1K2Nt Sr/(3000T) +ΔP
Sr——单台焊机容量，KVA
ΔP——其余的辅助生产机具计算容量，KVA
K1——工序的复杂程度，1~1.5（取值可参照工位焊接
K2——员工的操作熟练系数，0.9~1.2
N——单车焊点总数
t ——焊接周波数量
T——焊接生产节拍，min/车
四、实例
某焊接生产线，点焊机总数111台，单台容量160KVA，设计生产节拍4 min/辆，实际生产节拍3 min/辆，单件焊点总数为3300，计算生产线负荷？若增加34台焊机，节拍提升至2 min/辆，其负荷应为多少？按80%负荷率配置变压器（不考虑辅助机具）。
（1） 按原设计节拍
Sjs=K1K2NtSr/(3000T)=1.3×1.1×3300×20×160/(3000×4)=1258KVAIjs= Sjs/( UN) =1258/(1.732×0.4)=1816A
变压器应配置1600KVA
（2） 按实际节拍
Sjs=K1K2NtSr/(3000T)=1.3×1.1×3300×20×160/(3000×
UN)=1677KVAIjs= Sjs/(UN)=1677/(1.732×0.4)=2421A
变压器应配置2000KVA
（3） 增加焊机，提升节拍后
UN)Sjs=K1K2NtSr/(3000T)=1.3×1.1×3300×20×160/(3000×
)=2516.8KVA
Ijs= Sjs/(UN)=2516.8/(1.732×0.4)=3633A
变压器应配置3150KVA