在日本做机械设计的感受（第六部）——蓄能器容积计算 - 机械必威体育网址 - Powered by Discuz!

在日本做机械设计的感受（第六部）——蓄能器容积计算

在一个周五，下班后我和公司的两位同事出来吃饭，饭后闲聊的时候，给他们讲了一点蓄能器容积计算的事情，在这里也记录一下。这两位同事，一位是以前提到过的中国人Y，另一位是日本人T桑。以前曾写过一篇《在日本机械设计的感受第3部》，里面的饭局就是在Y家里举办的，同时在那里第3章给Y讲道理时提到一个不知道单弦曲线的T桑，就是这两个人。大家都是三十多岁，同在公司里搞技术，平时聊得多一些，偶尔出来聚餐。

Chapter 1by子子 @ 中国机械必威APP精装版下载
我们吃完饭后，Y在那里玩手机，我和T桑闲聊。先谈了点公司里的人和事，之后提到了蓄能器容积计算这个话题。我对T说：关于蓄能器容积计算，涉及到气体压缩，其中有一个公式： PV^n=PV^n，你知道不。T桑说不知道。我就说，这个公式是关于气体压缩计算的重要公式，在设备顶部气缸计算时也会遇到，你最好记一下，以后应该会用到。于是他拿出来手机来记录。

等他记录完，我继续解释：等式左边是压缩前的压力P1与体积V1，右边是压缩后的压力P2与体积V2，这四个量，在已知其中三个时候，可以求第四个未知的量。在这里需要注意的是，使用的压力P是绝对压力，而不是我们一般常说的压力，这个绝对压力你知道不。T点头说知道，于是我打算跳过绝对压力的介绍，但是我不确定他是否真的明白，于是就对他说实际应用的时候要使用表压加上大气压，没问题吧。然后看他的表情，没什么反应。我就追问，绝对压力的计算你了解不，他说不怎么了解。

于是我就给他纠正态度，我说给你讲的时候，有些知识点如果你已经会了我再讲就比较没意思，所以有时我会去问你知不知道，这时你如果不明确一下，就那么过去了，那么造成误解，我再往下讲你也会迷糊了，这个样子不太好，即使你知道，也最好简单描述确认一下，我也会知道你是否真懂。用孔子的话来说是“知之为知之，不知为不知”。孔子这话说得很轻松，但是生活中还是会经常遇到“不知道也不直接说”的情况，这是为什么呢，主要是取决心理与环境的问题，与问答双方的方式都有关系，被问的一方往往会担心“回答不知道之后会被认为无知而受到嘲笑”，所以才会出现“不直接说”的现象，这也取决于问话一方的态度和问话的出发点。我对T桑说，我在这里问话，目的是“为了让你增长知识而不是为了看你无知”，所以我再问你的时候，你如果不知道就直接说，我也放心往下讲，这样可以么，T桑说可以。

扯远了，话说回来，工程上一般常说的某某压力，都是指表压，也就是压力表上显示的数值，称为gauge pressure。压力表里面有个膜片，膜片一侧是容器的压力，膜片另一侧是大气压，所以压力表表盘上显示的是“容器绝对压力与大气压的差”，称之为表压。在现场一般被看的被说的较多的都是表压。而在对气体进行压力计算时，需要用的一般都是绝对压力，绝对压力等于表压加上大气压的值，也是说“绝对压力等于表压加0.1MPa”，他又掏出手机来记。

然后T问我，以前在对气缸进行计算时，用的都是表压乘以面积，现在听了这说法，是不是要“把表压加上大气压”再乘以受力面积。我说那个时候一般不需要，因为气缸动作时，活塞一侧是压缩空气，另一侧往往是放空的，放空就是与大气连通，也就是说另一侧是大气压力，如果非要加大气压的话，左侧为“表压加大气压”，右侧为“大气压”，之后计算时会抵消掉的，所以计算时直接用表压就可以了。

这个概念我是在大学二年级学《化工原理》的时候学到的，但说实话刚开始接触绝对压力的概念时还是挺容易弄混，很简单的一个加法计算，那个时候觉得这很容易，但是其实并没怎么搞懂，过了好多年在工作中接触了，才去认真揣摩它的意思与用法。现在总结一下就是两句话：“在活塞能力计算时用表压，在涉及体积压力计算时用绝对压力”。

话题扯回来，最开始提到的PV^n=PV^n，在计算时，压缩前的压力为P1，比如给出的空气管线压力0.4MPa要加上0.1，再往公式里代入计算；然后算出来的压力P2，要减去0.1才能作答。我最近有一次就是算完之后忘减0.1了，当时算出来的P2乘以面积得到推力够用，但过后复查时才发现应该再减去0.1，发现错误后再把结果减去0.1，核算时发现不够要求的推力了，折腾了一阵子。

Chapter 2by子子 @ 中国机械必威APP精装版下载
Y还在那里用Iphone玩疯狂猜图，我说我在给T桑讲气体压缩时的压力计算公式，你知不知道。Ｙ说气体压缩公式他不知道么，不就是PV=……，他犹豫后半段的时候，我说，你想说的是PV=nRT吧，你这个也对，但那是理想气体进行缓慢压缩时的计算公式。在实际工作中，往往压缩过程的时间比较短，气体来不及与外界进行足够的热量交换，更接近于绝热过程的压缩，所以一般较多使用的是PV^n=PV^n。这个公式你如果不知道的话，可以记一下，以后或许会用到。Y若有所思。

接着我给他们讲平衡气缸的事情。一台竖直放置的设备，中间有水平放置的曲轴进行旋转，曲轴带动连杆，连杆带动下方的滑块进行上下运动。当滑块非常重的时候，比如说10吨左右，那么滑块上下移动就很费劲，曲轴旋转的动力源就会很累，为了减轻这个负担以使动作灵活，在设备顶部设置有两个大型气缸，气缸里面有活塞，活塞下部充入压缩空气，压缩空气向上顶着活塞，然后活塞的连杆向下与滑块连在一起，这样压缩空气向上的力就会向上拉住滑块，如果这个力与滑块的重量近似平衡，那么滑块上下动作时，负担会更小，曲轴也更容易运转。

接下来看看顶部的平衡气缸的结构。活塞下面的部分，肯定是密封的，而活塞的上部，是与大气连通，所以需要在侧壁开口的。Y说他没有注意到这一点，我说那现在你就知道了，那个地方在侧壁要开口的，目的是活塞上下运动时让气体进出。然后关于开口，我顺便提了一个别的事情。侧壁开口带来一个问题，活塞上表面是要进行滴加润滑油以进行润滑的，然后活塞上方会积蓄一些润滑油，那么活塞上下运动的时候，有时蓄积的润滑油会从侧壁开口处喷出来，于是我做过一个方案是在开口处外面加一个罩板，让喷出的油再流回去。我的目的是顺便提一下这个结构，让他们知道有这么个事儿，并没打算深究。结果Y问我，“如果那里不断滴油的话，里面的油岂不是越来越多么”。这事儿还不真太好解释，因为我也只是听说的，并没有亲眼看过润滑油在里面什么样儿积了多少。这么点事儿，Y纠缠了一阵子，我挺为难。第一这个问题不是今天讲的重点，我不是很熟悉，只是想给他们介绍一下有这样的问题以及有这样的对策，第二他用反问质疑的方式而不会用建设性的方式来讨论问题。“里面的油岂不是越来越多么”，用这样的方式带着反诘的语气来提问，后半句的意思就是“你说的是错误的吧”。他这么问，弄得我比较窘迫，谈话进行得比较艰难。同样的问题如果是我去问前辈的话，我估计会说“里面的油会不会越来越多”，问题的回答可以是“会”与“不会”或者第三种“不了解”，然后如果对方也不了解，那就互相做个台阶下去就完了，如果愿意深究可以以后再找别人问。在这个时候，交谈问答的目的在于从对方那里得到信息，而不是去纠结对方是否说错，发言的nuance会决定会话进展的方向，如果掌握得不好就谈话的进行就会不顺利，影响知识点的交流；处理得好一些就会把谈话顺下去，去听到其他的更多的话，得到更多的信息，也就是所说的“以和为贵”。

我赶快把上面的问题逃过去，然后重点讲里面的压力。可以想象，当滑块在最高点时，气缸里的活塞也在最高点，而滑块在最低点时，活塞也在最低点。那么接下来的问题就是，活塞在最高点与最低点时，里面的气体压力是什么样的？比如说，在最高点的时候充入空气，压力为P1，那么到了最低点，压力会变为多少？这就用到了开始讲的那个公式，P1*V1^n = P2*V2^n。V1和V2都是已知的，最高点表压加上大气压，就是P1，然后就可以算出P2，也就得到的最低点的绝对压力。T桑问我，算P2的目的是什么，是不是校核气缸的破坏压力，我说不是，到不了破坏气缸那个地步。在那之前有一个问题是，如果P2和P1相差太大，那么在最高点最低点时，向上拉的力会相差很大，那么在最低点时滑块就会被一个向上的很大的力去拉，以至于曲轴运动的时候，想把滑块向下带动的时候会比较麻烦。

然后我说顶部气缸压力调节的目标，最高点最低点时候向上拉的力是不一样的，那么最初充气时设定的标准是以谁为标准呢？不是最高点也不是最低点，而是“滑块在90度的时候，向上的拉力和向下的重力尽量保持平衡”。说到这里，Y说他觉得应该是在90度稍偏下的时候让其平衡，因为曲轴和连杆的重力没计算进去。我明白他的意思，同时我也感觉这个问题他如果仔细想想，以他的分析能力应该可以想明白的，于是我没有给他解释，说关于这个问题你再想一想。果然，过了两分钟，他说想通了，应该是90度。其实我知道，严格来说应该是90稍偏上一点的位置，因为将来加模具时向下的重量会增加，但是今天没必要说得这么细，扯远了反而会影响他们对主要话题的理解，于是我就没有再扩展。

我想赶紧往下讲，结果Y又提出一个问题，假如上面气缸没压力，那么滑块比较危险，在刹车松开之后离合器夹紧之前的时间里，滑块会下落。我明白他的意思，说确实是那样，所以要保持上面气缸有压力。不过后来又想了一下，那个时间差实际上只有0.1秒，而且也不是直线下落，即使下落也不会有多大的位移。另外就是，我后面还有些内容想介绍，比如如何调节气压，使90度的时候保持上下方向的力保持平衡。但是Y总是插入问一些问题，导致我的主线进行不下去，有些想介绍的东西就顺不下去了。谈话过程中，他如果有问题，可以先记住，然后在我讲得差不多了，看看时机再来提出，这样我再把主要部分讲完之后，也有充足的时间和思路来缕他的问题。

然后Y又提出一个问题，说假如没有气缸向上拉的力，只靠离合器的力量是否会把转动曲轴把滑块拉上去。我明白他的意思是想从一个新颖的角度来提问，我也知道该怎么解释。但是我说，反过来问你，这个问题你自己怎么分析？能不能拉上去，你的判断是能还是不能。一个问题提出来的同时，你自己必须带着你自己的分析和判断，如果只是扔出来一个问题而让别人去想，那是一种狡猾的做法。特别是作为设计人员，如果对于这个问题你进行考虑了，那么你没有注意到的地方别人可以帮你集思广益，如果你只是提问，而没有自己的分析，那么就不是一个合格的设计者。我知道以他的能力应该能考虑出来，于是也没有给他解释，让他自己想，果然五分钟后他想通了。曲轴离合器的摩擦扭矩可以顶住“滑块那里向上的1000吨的力”，那么即使滑块那里有10吨的向下的力，只靠离合器摩擦扭矩也是完全可以拉上来的。如果没有气缸向上的拉力，不好的地方在于，曲轴向上拉动滑块时会多花一点时间和能量。

Chapter 3by子子 @ 中国机械必威APP精装版下载
被Y的问题给扯了好久，总算说到我想介绍的知识了。顶部的气缸，如果只是一个气缸的话，那么滑块在最高点的时候气缸内有一个压力P1；在最低点的时候，气缸内活塞位置会很低导致里面的容积很小，则里面的压力P2会变得很大。那么按照刚才的介绍，向上的拉力会很大，滑块被向上拉，曲轴向往下运动时是费力的。那么为了避免这个问题，避免压力变化太大，怎么办呢？对策就是使用气罐，所以设备顶部除了气缸之外，还要有一个大的气罐。

比如说，气缸内活塞下部容积从500升减为100升时，无气罐情况下，体积减少到五分之一，里面的压力粗略计算会增至5倍。如果加一个2000升的气罐呢，那么体积就会从2500升变为2100升，体积减少的比较少，所以压力只会增加一点点。这就是气罐的意义，一般来说，选用气罐时，气罐容积一般近似选为气缸容积变化量的x倍左右，当然具体的选取还是要具体计算具体校核的。那边T桑赶紧拿出手机来记录这个数值，Y桑无动于衷。

接着我讲，然后要注意的是从气缸到气罐的管道，在活塞动作的时候，大量的气体从汽缸流向气罐，管道是否够粗，能否在规定时间内全部顺利流过，是一个问题。计算体积流速时，要看两点，一个是体积变化量，另一个是流动时间。体积变化量，就是气缸内“活塞从上到下移动的距离”乘以“气缸横截面积”，那个距离其实也就是滑块最高点和最高点的距离，也就是等于曲轴偏心量的2倍。然后说那个时间，是滑块从最高点移动到最低点的时间，与曲轴转数有关系，也就是曲轴转一周的时间除以二。这两者求出来之后，用体积变化量除以时间，就可以得到体积流速，也就是说在规定时间内，气体要以这个速度从管道中流过。

然后，要核算管道的管径是否合适。管道越粗，可以流过的气体越多，也就是可以通行的体积流速越大。那么一根管道最多可以流过多少气体，怎么来确定呢，一个方法就是，求出管内流体的线速度，不管是粗管还是细管，近似的来看，它们的线速度有同一个固定的上限值。先说线速度的求法，也就是“用体积流速除以管道横截面积”来求流动的线速度。这个概念并不难理解，我说完前半句时候Y就点头知道怎么算了。但是对于T桑来说，他要考虑一段时间才能理解这个概念，我说完之后看到T桑呆呆地看着我略为迷茫的样子，于是我就用简单的类比来给他讲。“用体积除以面积等于长度”，这个比较好理解吧，T桑说是的。那么类似的，“用体积流速除以横截面积等于线速度”。T桑又琢磨了一阵子，才明白过来，继续拿手机来记录。

然后我继续讲，求出线速度后，要判断这个线速度是否超过一般使用值的上限，如果超过上限则说明管径不合适，需要选粗一点的管径。或者是反过来，用体积流速除以一般使用线速度的上限，得到需要的管截面面积。那么这时就涉及到上限的数据：气体的最大线速度为n米每秒，液体是m米每秒，一般工业上的流速都控制在这个数值之内。话说这两个数据，是我查了好久才查到的，不知是不是我搜索的方法不对，网上我没有找到，后来把大学时候的教材《化工原理》翻出来，才找到的这个数据，感觉挺来之不易的。而且我也觉得这是个重要的知识点，他们以后或许也会用到，所以就给他们讲了一下。照例，T桑又拿出手机来记录，Y继续在那里若有所思。

T桑在那里按手机的功夫，我问Y，这个数据你知道不？Y说不知道。我说两周前我出差回来后在中华料理店和你吃饭时，我讲出差时遇到的蓄能器问题，那时提到过这个参数。但是当时你没有去记，所以忘记了。5月份学到的知识，如果6月就那么简单的忘记了甚至没有记录，那么同样的你还会忘记许多东西，那并不是一件好事。

Y继续若有所思。这时我对Y有两种选择：1.催他也记录一下 2.不催。犹豫了10秒钟，我决定冒险催一下他。在这里说冒险，是因为，我曾经有段时间组织过好多次中国留学生及社会人活动接触了许多人，为了对方好而主动给对方一些提醒一些建议或者帮助他做点事儿的时候，往往没啥好结果，这事不能是说单纯的有或者没有，严格来说是总体来看得到好结果的概率仅占百分之二十，可以想象有了百分之八十的失败经验再去为了那百分之二十去尝试，需要怎样的心理准备。对于Y，我还是想教给他一些东西的，他挺有上进心，也帮过我不少忙。我对Y说，要不，你也记录一下这个两个数据吧，以后或许会用到的，结果Y不动弹。于是我展开第二轮攻势，这时只提出目的还不够，还应该提示具体做法，让其了解具体的动作，知道应该怎么去行动；然后再给他一点儿小台阶儿，指出一点他比别人高明的地方。于是我继续说，我知道你穿的是T恤短裤没带纸笔，但你不是有Iphone么，你看人家日本人翻盖手机都在那里费劲巴拉一个钮一个钮的按，你就不能记一下？于是这厮拿出手机，不去好好地记录，而是发了条微信，还给我看“气压n米，液压m米”。他这么做我感觉挺别扭的。一方面，对于他来说，需要关注的事情是“一段时间之后他是否还会知道这个内容”，我说你如果记就要好好地记一下，不然记得太简单了自己以后会看不懂的，他说他发微信后别人会问他那条微信的意思，所以他自然就会记住了。同时我也知道，过了一个月，你再想翻出来那条微信都不容易，还是会忘的，我不知道一年之后他是否还知道或者是否能找到这个数据。觉得别扭的另一方面，是我的感受，我辛辛苦苦找到的知识点，细致地讲给他，结果他就那么轻易地把这些东西放到网上去很随意地传播，他可以辩解说微信只有有限的人能够看到，但是说实话我感觉并不太舒服，以后再有类似的知识点，在给他讲之前，我恐怕要远虑一下了。讲到这里，估计或许还会有读者来埋怨我，说我讲都讲了还在乎人家怎么做。事实就是这样：我主动给他讲一点东西—>他不好好记录—>我会不舒服-->以后我会少讲-->结果我被批评为自私狭隘-->以后为了避免被指责我只好闭嘴。这个链式的过程，并没有得到一个好的结果，那么其中的哪个环节改善一下，才会使结果更好一些呢？

Chapter 4by子子 @ 中国机械必威APP精装版下载
讲得差不多了。然后Y发表了一句感慨，说没想到日本人居然不知道气体压缩的体积公式。
我就顺着他的话说，说你知道匀加速直线运动的位移计算公式不，这个日本人就不知道。
Y说，不就是“位移等于二分之一a＊t平方”么。

我说，你再想想，他说不对么。
我说你再好好想想，他还问不对么？
我说我都问你两次了，你就别继续反问我对不对了，
应该有点眼力价，想到有可能自己说的不够周全，赶紧问一下那个公式应该是什么样的。
他说那应该是什么样的呢？我说前面有个v0t。
为了给他找个台阶，我说你说的是自由落体的位移计算公式。

然后我就顺便多介绍一些，说匀加速直线运动位移计算公式一共有三个。
第一是刚才的s=v0t+0.5at^2
第二个是末初速度平方差除以2倍加速度，
第三个是等于时间乘以平均速度。
我伸出五个手指来比划，匀加速运动一共涉及五个变量：位移、时间、初速度、末速度、加速度。
这五个量里任意四个量都可以组成一个公式，知道任意三个，都有公式去求第四个量。
这三个公式里，第一个是最原理的，第三个是最普适的，第二个是最诡异的一般书上不写却用得很多的。

Y说他记住了，我就问他记住哪一个了，他说记住第三个了，以后用的时候现推导。
其实我心里挺注意的，三个公式我都说了，如果拿笔记一下回头看看是会有用的，
不过他不愿意动，只是记住了一个最简单的，认为可以以后用的时候去推导。
这次他没有去记录，我也懒得去催了，这个也不太重要。

这一段话里面开头有对T桑不利的部分，加上公式那段用日语不好表达，
再者，如果T桑听到这些公式，一定会让我仔细描述比较花时间，所以这段话我是用中文对Y说的。

Chapter 5by子子 @ 中国机械必威APP精装版下载
接着我说上顶杆的气缸，讲了几句，描述了一下气缸的形状，T桑说听不懂，想回家了。
我说，话都说到这里了，如果不给你解释，可能你就好几年都不去考虑这话题，
然后在现场如果有人问起你，你作为技术人员，如果不知道这个原理就会受憋。
我已经被憋过好几次了。

我用餐桌上的小瓶比喻成气缸，给他讲，
气缸里面有活塞，活塞上面有压缩空气，下面没有，这个你知道不，
T说他不知道，
我说如果你以前不知道，那么现在知道了就好了。
不然这个常识性问题，如果在现场如果被人问住了，很郁闷的，
你不要达到那个样子才好。

我说我在现场遇到过挑刺的人，拿一个问题问我，我不知道，
对方就问我是不是搞机械的，我说是，
对方就说那你为什么不会，我说我机械里面的专业知识也分好多方向的，
对方就说这只是个常识性问题，你怎么不会。
遇到这样事真tm郁闷，但是就有这样人存在。
拿着自己知道的知识去贬低对方的不知道，其实是件不好的事情。

我接着说，有一次我被安排了一个任务，
活塞只有下部有活塞杆，需要将活塞上部也加一个活塞杆，让我来做。
这个好改，就是给上面加一根杆而已，我用CAD画了一阵子就完成了，
并且我考虑到了，下面杆需要受压力所以较粗，上面杆只是导向而不受力所以可以细一些。
上面杆伸出气缸盖的一段，我给加了一个外罩。然后把图纸打印出来交给上司。

结果上司说，活塞上表面加了活塞杆之后空气压住的受力面积会变小，
如果想要获得相同的压力，就需要调高气体压强，问我有没有校核压力，
我没有考虑到这一点，只得硬着头皮说，没有。
上司说，只会画图的设计者是不需要的，
必须重新计算压力，如果压力较大超过了气源压力，还要想办法才行，
于是我又灰溜溜地回去计算。

我讲自己的故事，是希望他们俩遇到类似的事多做一步，别像我一样挨说。
不过这点儿事Y很快听懂了，我给T桑还得解释压力关系，拿着胡椒瓶子比划了半天他才懂。
讲完这些东西，看看表都十一点多了，收拾收拾，AA付款走人。
今天最初是打算要讲蓄能器容积计算的，结果只介绍了基础公式，其他的只能下次了。

Summaryby子子 @ 中国机械必威APP精装版下载
回家后我还在想，回忆今天的过程。
一开始我给T桑介绍气体公式，谈话进行得挺顺利的，
我说什么他就认真听，他听不懂我就给他细细地讲，
然后一步一步地讲，谈话的互相也比较顺畅。
我在这边讲课的时候，Y只是在旁边玩手机而不听听。
后来我想让Y也学习学习，就把他也扯进来，
结果他却问了一个麻烦并且关系不大的问题和两个空想的问题，影响谈话的进展。

我最后好不容易把内容讲完，
之后T桑的感受是，对我说“这次学了不少东西记了不少东西非常感谢”，
而Y的感受是“没想到日本人居然不知道气体压缩的计算公式”。
用思维方向来说就是，
T桑的着眼点是往筐里揽了多少菜，
Y的着眼点是对方有哪些地方较差。
最后，各人的收获也就不尽相同。

抛开国界的问题，从中感受到的是：
“思维方向”，或者说第五部里面提到“心理架势”的差异，或许是会影响我们的收获的，
我们大家在工作中也许会遇到类似的情况与场景，
到时候如果斟酌一下自己的思维方向和表达方式，或许会使我们学到更多东西。

以上

by 子子

谢谢大家的阅读