高壓直聯(lián)便攜式壓縮機(jī)的瞬態(tài)過(guò)程中阻力矩分析仿真計(jì)算【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開(kāi)題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　?。?0_ _屆）</b></p><p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　高壓直聯(lián)便攜式壓縮機(jī)的瞬態(tài)過(guò)程中阻力矩分析仿真計(jì)算</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次論文的課題是高壓直聯(lián)便攜式壓縮

2、機(jī)的瞬態(tài)過(guò)程中阻力矩的分析仿真計(jì)算。壓縮機(jī)是輸送氣體和提高氣體壓力的一種從動(dòng)的流體機(jī)械。壓縮機(jī)的用途十分廣泛，幾乎遍及工、農(nóng)業(yè)各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，如礦山、冶金、石油化工、機(jī)械、國(guó)防和農(nóng)業(yè)灌溉等等?；钊綁嚎s機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，所以對(duì)活塞式壓縮機(jī)的研究與新型壓縮機(jī)的開(kāi)發(fā)顯得尤為重要和迫切。</p><p>　　本文對(duì)高壓直聯(lián)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式、轉(zhuǎn)速、排氣量、壓縮比等參數(shù)進(jìn)行了探討，并分析了高壓直聯(lián)機(jī)穩(wěn)態(tài)

3、熱力學(xué)的設(shè)計(jì)，對(duì)其參數(shù)進(jìn)行確定。</p><p>　　另外，我將應(yīng)用matlab軟件重現(xiàn)高壓直聯(lián)便攜式壓縮機(jī)的瞬態(tài)過(guò)程中阻力矩分析仿真實(shí)驗(yàn)。并結(jié)合有關(guān)知識(shí)，敘述在功率一定的情況下，壓縮機(jī)工作產(chǎn)生的阻力矩大小與壓縮機(jī)參數(shù)的關(guān)系，阻力矩的波動(dòng)對(duì)于壓縮機(jī)效率的影響，阻力矩的波動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的影響，以及一些與壓縮機(jī)參數(shù)阻力矩的相關(guān)計(jì)算。</p><p>　　除此以外，我將對(duì)壓縮機(jī)的熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)

4、行簡(jiǎn)單的敘述。</p><p>　　關(guān)鍵詞：高壓直聯(lián)機(jī)，熱力學(xué)過(guò)程，阻力矩，仿真，轉(zhuǎn)速</p><p>　　The moment of resistance during the transient calculation and simulation of the Portable Compressor High Pressure Direct</p><p>&

5、lt;b>　　Abstract</b></p><p>　　The thesis topic is a transient analysis of the process simulation of portable the high-pressure compressor Direct. Compressor is fluid machinery to delive gas and impro

6、ve the pressure of gas. The use of a wide range of compressor, Almost every industrial and agricultural production areas in all, Such as mining, metallurgy, petrochemical, machinery, defense and agricultural irrigation

7、and so on. Piston compressor in all areas in the national economy has been more widely used. Therefore, resea</p><p>　　In this paper, the structure of high-voltage direct-line type, speed, displacement, co

8、mpression ratio and other parameters will be discussed and analyzed, besides, how the thermodynamics of high-voltage direct-line steady-state design and its parameters be determined will be introduced .</p><

9、;p>　　In addition, I will use the software to reproduce high-voltage direct-matlab portable compressor resistance moment of transient process simulation. Combined with the knowledge, I will describe the power in cert

10、ain circumstances, the work of the resistance moment the compressor size and compressor parameters of the relationship between the resistance moment of the impact of fluctuations in the efficiency of the compressor, t

11、he resistance moment of the fluctuations of the spindle speed of th</p><p>　　In addition, there will be a simple description of thermodynamic processes of the compressor.</p><p>　　Keywords: The

12、 direct-drive high pressure handy air compressor，Thermodynamic process， Moment of resistance，simulation；Speed.</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要III</b></p><

13、p>　　AbstractIII</p><p><b>　　1 緒論1</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義1</p><p>　　1.2 活塞式壓縮機(jī)的組成、特點(diǎn)及分類(lèi)2</p><p>　　1.2.1活塞式壓縮機(jī)的組成2</p><p>　　1.2.2活塞式壓縮機(jī)

14、的特點(diǎn)1</p><p>　　1.2.3活塞式壓縮機(jī)的分類(lèi)2</p><p>　　1.3活塞式壓縮機(jī)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4 當(dāng)今世界壓縮機(jī)發(fā)展的格局......................................3</p><p>　　1.5 課題研究的主要內(nèi)容3</p><p&

15、gt;　　2 壓縮機(jī)力學(xué)分析5</p><p>　　2.1綜合活塞力的計(jì)算5</p><p>　　2.1.1 高低壓端容積系數(shù)的計(jì)算5</p><p>　　錯(cuò)誤!未定義書(shū)簽。.1.2 氣體力5</p><p>　　2.1.3 慣性力.................................................5&l

16、t;/p><p>　　2.1.4摩擦力...............................................5 2.1.5綜合活塞力............................................. 6</p><p>　　2.2阻力矩的計(jì)算6</p><p>　　2.3 常規(guī)熱力學(xué)分析7</p><

17、;p>　　2.3.1 熱力循環(huán)7</p><p>　　2.3.2 排氣壓力和排氣量8</p><p>　　2.3.3 排氣溫度9</p><p>　　2.3.4 功率和效率10</p><p>　　3 壓縮機(jī)MATLAB仿真及相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系11</p><p>　　3.1仿真模型的建立..11<

18、;/p><p>　　3.2 高壓直聯(lián)機(jī)仿真結(jié)果與分析12</p><p>　　3.2.1 阻力距的大小與壓縮機(jī)參數(shù)的關(guān)系12</p><p>　　3.2.2 阻力矩波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響................................17</p><p>　　3.2.3 輸出阻力矩的仿真………....20</p>&

19、lt;p>　　3.2.4 輸出電流的個(gè)仿真21</p><p>　　3.3相關(guān)的參數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)21</p><p>　　3.3.1 阻力矩變化與角度的關(guān)系21</p><p>　　3.3.2 高、低壓缸直徑對(duì)阻力矩的影響..........................22</p><p>　　3.3.3 排氣壓力對(duì)阻力矩的影響

20、............................... 23</p><p>　　3.3.4 阻力矩與摩擦力的關(guān)系24</p><p>　　3.3.5高、低壓缸直徑對(duì)壓比的影響.............................24</p><p>　　3.4 總結(jié)...........................................

21、.............25</p><p>　　4 結(jié)論與展望26</p><p><b>　　4.1 結(jié)論26</b></p><p>　　4.2 展望........................................................26</p><p><b>　　參考

22、文獻(xiàn)28</b></p><p><b>　　致謝30</b></p><p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1選題的背景和意義</p><p>　　壓縮機(jī)，輸送氣體和提高氣體壓力的一種從動(dòng)的流體機(jī)械，是制冷系統(tǒng)的心臟，它從吸氣管吸入低溫低壓的制冷劑氣體，通過(guò)電

23、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)帶動(dòng)活塞對(duì)其進(jìn)行壓縮后，向排氣管排出高溫高壓的制冷劑氣體，為制冷循環(huán)提供動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)壓縮→冷凝→膨脹→蒸發(fā) ( 吸熱 ) 的制冷循環(huán)。壓縮機(jī)一般由殼體、電動(dòng)機(jī)、缸體、活塞、控制設(shè)備及冷卻系統(tǒng)組成。壓縮機(jī)在國(guó)民生產(chǎn)生活中都有廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)自19世紀(jì)末至20世紀(jì)初問(wèn)世以來(lái)，其類(lèi)型和用途的到了較大的發(fā)展。特別是近幾十年來(lái)，隨著新技術(shù)在壓縮機(jī)中的應(yīng)用、新機(jī)型的不斷涌現(xiàn)，活塞式壓縮機(jī)

24、在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，特別是在石油、化工、制藥等工業(yè)領(lǐng)域中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，是許多工業(yè)部門(mén)工藝流程中的心臟設(shè)備。因此，壓縮機(jī)也成為了國(guó)家之間，各行各業(yè)之間，相互競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵。因此，對(duì)于壓縮機(jī)技術(shù)的研究與發(fā)展，已變得尤為迫切。</p><p>　　1.2活塞式壓縮機(jī)的組成、特點(diǎn)及分類(lèi)</p><p>　　1.2.1活塞式壓縮機(jī)的組成</p><p

25、>　　壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)包括主機(jī)和輔機(jī)兩部份。主機(jī)由運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)（包括曲軸、連桿、十字頭等）、工作機(jī)構(gòu)（包括氣缸、活塞、氣閥等）及機(jī)身（包括機(jī)體、中體、幾座等）等組成。輔機(jī)包括潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)等。</p><p>　　1.2.2活塞式壓縮機(jī)的特點(diǎn)</p><p>　?。?）壓力分為最廣。活塞式壓縮機(jī)從低壓到超高壓都適用，目前工業(yè)上使用的最高工作壓力近350MPa。</p>

26、<p><b>　　（2）效率高。</b></p><p>　　（3）適應(yīng)性強(qiáng)?；钊綁嚎s機(jī)的排氣量可在較廣泛的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇。此外，氣體的密度對(duì)壓縮機(jī)性能的影響，并不如速度型那樣顯著，所以同一規(guī)格的壓縮機(jī)，將其用于壓縮不同介質(zhì)時(shí)較易改造。[1]</p><p>　　1.2.3活塞式壓縮機(jī)的分類(lèi)</p><p>　　按所采用的工質(zhì)

27、分類(lèi)，一般有氨壓縮機(jī)和氟利昂壓縮機(jī)兩種。 </p><p>　　按壓縮級(jí)數(shù)分類(lèi)，有單級(jí)壓縮和兩級(jí)壓縮。單級(jí)壓縮機(jī)是指壓縮過(guò)程中制冷劑蒸氣由低壓至高壓只經(jīng)過(guò)一次壓縮。而所謂的兩級(jí)壓縮機(jī)，壓縮過(guò)程中制冷劑蒸氣由低壓至高壓要連續(xù)經(jīng)過(guò)兩次壓縮。 </p><p>　　按作用方式分類(lèi)，有單作用壓縮機(jī)和雙作用壓縮機(jī)。其制冷劑蒸氣僅在活塞的一側(cè)進(jìn)行壓縮，活塞往返一個(gè)行程，吸氣排氣各一次。而雙作用壓縮機(jī)制

28、冷劑蒸氣輪流在活塞兩側(cè)的氣缸內(nèi)進(jìn)行壓縮，活塞往返一個(gè)行程，吸、排氣各兩次。所以同樣大小的氣缸，雙作用壓縮機(jī)的吸氣量較單作用的大。但是由于雙作用壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因而目前大都是采用單作用壓縮機(jī)。 </p><p>　　按制冷劑蒸氣在氣缸中的運(yùn)動(dòng)分類(lèi)，有直流式和逆流式。所謂直流式是指制冷劑蒸氣的運(yùn)動(dòng)從吸氣到排氣都沿同一個(gè)方向進(jìn)行，而逆流式，吸氣與排氣時(shí)制冷劑蒸氣的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。從理論分析來(lái)看，直流式與逆流式相比

29、，由于蒸氣在氣缸中溫度及比容的變化較少，故直流式性能較好。但是由于直流式壓縮機(jī)的進(jìn)汽閥需裝在活塞上，這樣便相對(duì)增加了活塞的長(zhǎng)度和重量，因而功的消耗就增加、檢修也麻煩，所以目前生產(chǎn)的壓縮機(jī)大都采用逆流式。 </p><p>　　按氣缸中心線(xiàn)的位置分類(lèi)，有立式壓縮機(jī)、臥式壓縮機(jī)、Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型壓縮機(jī)等。立式壓縮機(jī)氣缸中心線(xiàn)呈垂直位置而臥式壓縮機(jī)氣缸中心線(xiàn)是水平的。Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型是高速、多缸、現(xiàn)代型壓縮機(jī)，其速度一

30、般為960～1440轉(zhuǎn)／分，氣缸數(shù)目多為2、4、6、8 四種，其中，字母表示氣缸的排列形式。 </p><p>　　活塞式制冷壓縮機(jī)，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，還可分為開(kāi)啟式、半封閉式和全封閉式三種。雖然構(gòu)造各異，但它們之間也有許多共同之處，只是其結(jié)構(gòu)特征不同。[2] </p><p>　　開(kāi)啟式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特征在于：壓縮機(jī)的動(dòng)力輸入軸伸出機(jī)體外，通過(guò)聯(lián)軸器或皮帶輪與電動(dòng)機(jī)聯(lián)結(jié)，并在伸出處用軸封

31、裝置密封。目前，氨壓縮機(jī)和容量較大的氟利昂壓縮機(jī)都采用這種結(jié)構(gòu)形式。 </p><p>　　半封閉式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：壓縮機(jī)與電動(dòng)機(jī)共用一主軸，并共同組裝于同一機(jī)殼內(nèi)，但機(jī)殼為可拆式，其上開(kāi)有各種工作孔用蓋板密封。 </p><p>　　全封閉式制冷壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于：壓縮機(jī)與其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)共用一個(gè)主軸，二者組裝在一個(gè)焊接成型的密封罩殼中。這種壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，密封性好，使用方便，振動(dòng)

32、小、噪音小，廣泛使用在小型自動(dòng)化制冷和空調(diào)裝置中。</p><p>　　1.3活塞式壓縮機(jī)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，活塞式我國(guó)壓縮機(jī)的制造技術(shù)也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展和進(jìn)步。其發(fā)展?fàn)詈涂偟陌l(fā)展趨勢(shì)集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化。對(duì)機(jī)身、曲軸、連桿、十字頭等基礎(chǔ)件，根據(jù)活塞力不同，可采

33、用多種系列的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)：對(duì)氣缸、活塞、填料等，根據(jù)其直徑、壓力等級(jí)也多種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。只要用戶(hù)提出工藝要求，壓縮機(jī)廠(chǎng)家就可根據(jù)要求像擺積木一樣在短時(shí)間內(nèi)，用計(jì)算機(jī)完成設(shè)計(jì)，以滿(mǎn)足用戶(hù)要求，并且做到配件標(biāo)準(zhǔn)化、不但可滿(mǎn)足不同工藝流程的需要，而且降低了成本，易于維修，從而提高了產(chǎn)品的使用效率。</p><p>　　(2)提高壓縮機(jī)工作的可靠性，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。新科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用（如計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控?cái)?shù)顯技術(shù)等

34、），使易損的加工工藝、提高其加工精度、增加其使用壽命提供了充分的保證。再者，新科技還可以用來(lái)改變慣性力、氣流脈動(dòng)等因素對(duì)壓縮機(jī)執(zhí)照的不良影響，從而進(jìn)一步提高壓縮機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。目前，三大易損件氣閥、活塞環(huán)、填料的壽命大大延長(zhǎng)，一般已超過(guò)8000h，又是可達(dá)20000h。</p><p>　　（3)由于采用先進(jìn)的控制儀表和安全連鎖裝置，便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集中控制。</p><p>　?。?）

35、備用機(jī)組取消，工程造價(jià)降低。由于機(jī)器及控制系統(tǒng)可靠性大大提高，運(yùn)轉(zhuǎn)周期延長(zhǎng)，整個(gè)石油化工裝置可實(shí)現(xiàn)大型化、單機(jī)組運(yùn)行，取消了備用機(jī)組，從而較大程度地降低了工程造價(jià)。</p><p>　　(5）整機(jī)設(shè)計(jì)合理、機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)污染得到控制。設(shè)計(jì)時(shí)，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可精確地計(jì)算氣體力和慣性力、分析管路系統(tǒng)的氣流脈動(dòng)和振動(dòng)，獲得最佳的管路布置方案，從而避免氣流脈動(dòng)和振動(dòng)對(duì)機(jī)器造成的破壞；新技術(shù)和新工藝用于消聲器

36、和緩沖器可有效地較低噪聲。氣缸實(shí)現(xiàn)無(wú)油潤(rùn)滑，具有良好潤(rùn)滑性能的自潤(rùn)滑材料的研制和開(kāi)發(fā)，以及氣缸套、活塞等制造工藝和表面處理技術(shù)的研究，為壓縮機(jī)向無(wú)油潤(rùn)滑方向發(fā)展展示出了無(wú)限美好的前景。[3]</p><p>　　1.4 當(dāng)今世界壓縮機(jī)發(fā)展的格局</p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外壓縮機(jī)發(fā)展日新月異，改變技術(shù)含量比較大，主要以精確為發(fā)展目標(biāo)為主。對(duì)活塞式壓縮機(jī)熱力、動(dòng)力計(jì)算方法的深入研究與通用計(jì)

37、算軟件的開(kāi)發(fā)可以提高活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算精度和產(chǎn)品研發(fā)的成功率，將廣大的工程技術(shù)人員從大量煩瑣的、重復(fù)的計(jì)算中解放出來(lái)，縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，對(duì)提高我國(guó)的壓縮機(jī)技術(shù)具有重要意義。國(guó)外往復(fù)式活塞壓縮機(jī)發(fā)展方向?yàn)榇笕萘?、高壓力、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、排氣凈化能力強(qiáng)；不斷開(kāi)發(fā)變工況條件下運(yùn)行的新型氣閥，使氣閥壽命大大提高。壓縮機(jī)發(fā)展從熱力學(xué)計(jì)算角度來(lái)看，應(yīng)用壓縮機(jī)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)計(jì)算軟件和壓縮機(jī)工作過(guò)程模擬軟件等，提高計(jì)算準(zhǔn)確度，通過(guò)綜合模擬模型預(yù)測(cè)壓

38、縮機(jī)在實(shí)際工況下的性能參數(shù)，以提高新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的成功率。</p><p>　　1.5課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本次論文將應(yīng)用matlab軟件重現(xiàn)高壓直聯(lián)便攜式壓縮機(jī)的瞬態(tài)過(guò)程中阻力矩分析仿真實(shí)驗(yàn)。并結(jié)合有關(guān)知識(shí)，敘述在功率一定的情況下，壓縮機(jī)工作產(chǎn)生的阻力矩大小與壓縮機(jī)參數(shù)的關(guān)系，阻力矩的波動(dòng)對(duì)于壓縮機(jī)效率的影響，阻力矩的波動(dòng)對(duì)壓縮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速的影響，以及一些與壓縮機(jī)相關(guān)的計(jì)算。

39、</p><p>　　2 壓縮機(jī)的力學(xué)分析</p><p>　　高壓直聯(lián)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)受到的作用力，主要有氣體壓力和偏心輪的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和摩擦力。以下對(duì)它們進(jìn)行計(jì)算，得出高壓直聯(lián)機(jī)的阻力矩的計(jì)算方法。首先分析高壓直聯(lián)機(jī)低壓缸的慣性力和摩擦力，并計(jì)算出低壓缸的阻力矩。接著用同樣的方法計(jì)算出高壓缸的阻力矩。最后根據(jù)L式的相對(duì)列活塞作同向運(yùn)動(dòng)，一個(gè)氣缸吸氣時(shí)，另一個(gè)氣缸在壓縮或者排氣，

40、得出總的阻力矩為兩列阻力矩錯(cuò)開(kāi)90°疊加。</p><p>　　2.1綜合活塞力的計(jì)算</p><p>　　2.1.1高低壓端容積系數(shù)的計(jì)算</p><p>　　對(duì)于多級(jí)壓縮機(jī)，需按等壓比確定各級(jí)壓力分配比，低壓缸壓比為，高壓缸壓比為，其中=。</p><p><b>　　低壓端容積系數(shù)：</b></p&

41、gt;<p>　?。?.1）式中，為低壓缸相對(duì)余隙容積，m為多變指數(shù)。</p><p><b>　　高壓端容積系數(shù)：</b></p><p>　?。?.2）式中，為高壓缸相對(duì)余隙容積。</p><p><b>　　2.1.2 氣體力</b></p><p>　　利用解析法可以計(jì)算出一個(gè)

42、循環(huán)周期中高壓直聯(lián)機(jī)低壓缸內(nèi)的氣體壓力，如表2.1所示：</p><p>　　表2.1 低壓缸內(nèi)氣體壓力</p><p>　　低壓端活塞所受到的氣體力等于低壓缸內(nèi)氣體的瞬間壓力乘以活塞面積：</p><p><b>　?。?.3） </b></p><p><b>　　2.1.3 慣性力</b>&

43、lt;/p><p>　　低壓端活塞和連桿等組件在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生慣性力。慣性力可以分解為兩部分，一部分是活塞組件在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的往復(fù)慣性運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力，其大小為：</p><p>　?。?.4）式中: 為低壓端活塞組件的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量；為高壓直聯(lián)機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)角速度; 為偏心輪的瞬時(shí)位置；為偏心輪半徑與連桿長(zhǎng)之比，。</p><p>　　另一部分慣性力是由連桿大頭部分作

44、偏心回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)引起的旋轉(zhuǎn)慣性力，旋轉(zhuǎn)慣性力的方向始終是沿著該氣缸的中心線(xiàn)，大小則隨角發(fā)生周期性變化，其大小為：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　2.1.4 摩擦力</b></p><p>　　活塞和連桿等組件在往復(fù)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到各種摩擦力的作用，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可根據(jù)摩擦力所消耗

45、的功率作定值估算。往復(fù)摩擦力的功率為機(jī)械損耗功率的60%~70%，根據(jù)往復(fù)摩擦力的功耗可以算出往復(fù)摩擦力為：</p><p>　　（2.6）式中，為機(jī)械損耗功率，為活塞行程。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)摩擦力的功耗為機(jī)械功耗的30%~40%，旋轉(zhuǎn)摩擦力為：</p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　

46、　2.1.5 綜合活塞力</p><p>　　氣體力、往復(fù)慣性力和往復(fù)摩擦力都作用在活塞組件上，且方向都是沿著氣缸中心線(xiàn)方向，把它們合成在一起就是綜合活塞力，綜合活塞力是曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)：</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　2.2 阻力矩的計(jì)算</p><p>　　綜合活塞力在活塞銷(xiāo)上分解

47、為兩個(gè)力：一個(gè)分力傳遞給連桿，沿連桿中心線(xiàn)方向，稱(chēng)為連桿力，另一個(gè)力通過(guò)活塞銷(xiāo)垂直作用在氣缸壁上，從而加劇活塞與氣缸壁之間的磨損。作用在曲柄銷(xiāo)上，又可分解為垂直于曲柄方向的切向力和沿著曲柄方向的法向力,其中的切向力分量乘以偏心輪半徑就是該列氣缸在循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的阻力矩，可以得到低壓端阻力矩公式為：</p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　上

48、訴分析是低壓缸的阻力矩的計(jì)算，高壓氣缸阻力矩可以根據(jù)上述方法求得，根據(jù)L式高壓直聯(lián)機(jī)總的阻力矩為兩列氣缸的阻力矩錯(cuò)開(kāi)90°疊加，總的阻力矩為：</p><p><b>　　(2.10)</b></p><p><b>　　2.3 常規(guī)熱力學(xué)</b></p><p>　　2.3.1 熱力循環(huán)</p>

49、<p>　　活塞式壓縮機(jī)的熱力性能是指排氣壓力、排氣量、排氣溫度，以及功率和效率。熱力性能表征壓縮機(jī)的熱力特性，這是壓縮機(jī)研究的一個(gè)重要方面。</p><p>　　高壓直聯(lián)機(jī)依靠永磁直流無(wú)刷電機(jī)帶動(dòng)偏心輪連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活塞在密閉的氣缸內(nèi)作周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而改變氣缸容積的大小來(lái)擠壓氣體，并借助氣閥的自動(dòng)啟閉，周期性吸入和排氣氣體，實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮和輸送。</p><p>　　高壓直聯(lián)

50、機(jī)的工作狀況常常通過(guò)它的工作循環(huán)來(lái)判斷。工作循環(huán)是活塞在氣缸內(nèi)外往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，其間所經(jīng)全部歷程的總和，下面分析低壓缸的熱力學(xué)循環(huán)。</p><p>　　要判斷氣缸內(nèi)氣體進(jìn)行的是什么樣的熱力循環(huán)過(guò)程，除了依據(jù)缸內(nèi)外的壓力外，活塞的運(yùn)動(dòng)位置也是一個(gè)非常重要的參數(shù)，偏心輪-連桿系統(tǒng)的坐標(biāo)關(guān)系一般來(lái)說(shuō)，活塞在向蓋行程的終點(diǎn)稱(chēng)為外止點(diǎn)，在向軸行程的終點(diǎn)為內(nèi)止點(diǎn)，如果取活塞與外企點(diǎn)的距離為活塞的位移，轉(zhuǎn)動(dòng)角速度為w，且假設(shè)t

51、=0。 低壓缸活塞位于內(nèi)的位移可以表示為： </p><p><b>　　(2.11) </b></p><p>　　式中，為低壓偏心輪偏心距，低壓端連桿長(zhǎng)度，為。</p><p>　　高壓端活塞的位移x2可以表示成：</p><p><b>　　（2.12）</b></p>

52、<p>　　式中，為高壓偏心輪偏心距，為高壓端連桿長(zhǎng)度，為。</p><p>　　2.3.2排氣壓力和排氣量</p><p>　　2.3.2.1排氣壓力</p><p>　　壓縮機(jī)的排氣壓力通常是指最終排出壓縮機(jī)的氣體壓力。排氣壓力應(yīng)在壓縮機(jī)末級(jí)排氣接管處測(cè)量。在這之前排出的氣體壓力，稱(chēng)為級(jí)間壓力。本次設(shè)計(jì)將使壓縮機(jī)的排氣壓力達(dá)到3.0MP的要求。[7]&

53、lt;/p><p>　　2.3.2.2排氣量</p><p>　　壓縮機(jī)的排氣量，通常是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最后一級(jí)排出的氣體，換算到第一級(jí)進(jìn)口狀態(tài)的壓力和溫度時(shí)的氣體容積值。</p><p>　　（1）壓縮機(jī)在實(shí)際的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，實(shí)際排氣量與理論的排氣量之間會(huì)有一定的差異，這種差異主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面：</p><p>　　1）進(jìn)氣壓力的影響。此

54、次設(shè)計(jì)將以大氣壓為進(jìn)氣壓力，而大氣壓會(huì)受到氣溫和海拔的影響，進(jìn)氣壓力的變化進(jìn)而影響到排氣量。</p><p>　　2）進(jìn)氣溫度的影響。進(jìn)氣溫度的影響主要通過(guò)中間冷卻效果來(lái)實(shí)現(xiàn)，若在中間環(huán)節(jié)氣體沒(méi)有得到很好的冷卻，那么氣體溫度會(huì)逐漸升高，導(dǎo)致氣體密度減小，由此使同流部分的壓力損失減小，故氣量也有可能增加。</p><p>　　3）轉(zhuǎn)速的影響。由于電網(wǎng)的不穩(wěn)定或是異步電動(dòng)機(jī)的電壓不足時(shí)，導(dǎo)致了

55、轉(zhuǎn)速的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響了排氣量。</p><p>　　4）泄漏的影響。隨著機(jī)器的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，泄漏問(wèn)題也會(huì)逐漸增加，這對(duì)排氣量的影響會(huì)很?chē)?yán)重。</p><p>　　綜合考慮到以上因素，將根據(jù)排氣量的理論計(jì)算公式來(lái)計(jì)算排氣量。排氣量應(yīng)等于每一級(jí)吸進(jìn)的氣體扣除中途泄漏掉的氣體再乘以轉(zhuǎn)速，即</p><p><b>　?。?.13）</b></

56、p><p>　　式中 為第一級(jí)氣缸的行程容積，</p><p>　　、為第一級(jí)氣缸的壓力系數(shù)、溫度系數(shù)，</p><p>　　、為第一級(jí)氣缸的容積系數(shù)、泄漏系數(shù)，</p><p><b>　　n為轉(zhuǎn)速。</b></p><p>　　考慮到以上對(duì)排氣量的影響因素和排氣量的理論計(jì)算，在本次設(shè)計(jì)中，將使壓

57、縮機(jī)的排氣量達(dá)到80L/min。當(dāng)取壓力系數(shù)=0.95，溫度系數(shù)=0.97，泄漏系數(shù)=0.98，相對(duì)余隙容積，時(shí)，由公式（2.1）可得低壓缸容積系數(shù)=0.78。而當(dāng)需要的=0.12L/min時(shí)，根據(jù)公式（2.13），可設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的n，該轉(zhuǎn)速為：</p><p>　　我們可以根據(jù)該步驟，設(shè)計(jì)控制壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其滿(mǎn)足排氣量的要求。</p><p><b>　　2.3.3排氣溫度&l

58、t;/b></p><p>　　壓縮機(jī)的排氣溫度是指每一級(jí)排出氣體得溫度，通常它在各級(jí)排氣接管處或閥室內(nèi)測(cè)得。由于壓縮機(jī)的排氣溫度過(guò)高會(huì)對(duì)壓縮機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面的影響，所以必須對(duì)壓縮機(jī)的排氣溫度加以限制。當(dāng)氣缸用油潤(rùn)滑時(shí)，排氣溫度過(guò)高會(huì)使?jié)櫥驼扯冉档图皾?rùn)滑性能惡化；在空氣壓縮機(jī)中，因排氣溫度過(guò)高使得潤(rùn)滑油中的輕質(zhì)餾分容易揮發(fā)，它一方面導(dǎo)致氣體中含油量增加，另一方面，會(huì)形成積碳現(xiàn)象。所以一般空氣壓縮機(jī)的排氣溫

59、度限制在160。氣體在汽缸中受到壓縮時(shí)，氣體的溫度會(huì)升高，壓力比越大或氣缸冷卻效果越差，則排氣溫度就越高。排氣溫度的計(jì)算為：</p><p>　　，（i=1,2） （2.14） </p><p>　　式中 i為1時(shí)表示低壓缸，i為2時(shí)表示高壓缸；為高壓缸的排氣壓力；為低壓缸的吸氣壓力；為進(jìn)氣溫度；m為多變指數(shù)。[8] 當(dāng)設(shè)計(jì)取m1=1.3，m2=1.

60、35，==3.4MP，=0.1MP， =293K，=298K時(shí)，根據(jù)上式可以求得高低壓缸排氣溫度：</p><p><b>　　==440.1K</b></p><p><b>　　==463.1 K</b></p><p>　　設(shè)計(jì)壓縮機(jī)的排氣溫度，使其在環(huán)境剛度等的合理范圍內(nèi)，同時(shí)使壓縮機(jī)的功率和效率得到最優(yōu)化的狀態(tài)，

61、這是壓縮機(jī)研究的重要組成部分。</p><p>　　2.3.4功率和效率</p><p>　　單位時(shí)間內(nèi)消耗的功稱(chēng)為功率。壓縮機(jī)消耗的功，一部分是直接用于壓縮氣體的，另一部分是用于克服機(jī)械摩擦的，前者稱(chēng)為指示功，后者稱(chēng)為摩擦功。主軸需要的總功為兩者之和，稱(chēng)為軸功。</p><p>　　指示功率就是壓縮機(jī)活塞作用于氣體的功率，屬于內(nèi)部功。高壓直聯(lián)機(jī)的指示功率為第一級(jí)和

62、第二級(jí)壓縮指示功率之和，指示功率N為：</p><p><b>　　(2.15)</b></p><p>　　由于在實(shí)際的運(yùn)行時(shí)，還存在著各類(lèi)摩擦損耗和傳動(dòng)損耗，并且壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)常會(huì)因工況的變化、冷卻的惡化等引起功耗增加而造成電機(jī)負(fù)荷超過(guò)正常工作的需要，所以電機(jī)一般留有5%~15%的功率余度。取功率余度為10%，則電機(jī)的功率為72.7 kW。</p>&

63、lt;p>　　3 壓縮機(jī)瞬態(tài)過(guò)程的Matlab仿真及及相關(guān)參數(shù)間的關(guān)系</p><p>　　3.1仿真模型的建立</p><p>　　在Matlab平臺(tái)上，建立高壓直聯(lián)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的仿真模型。在Matlab7.1的simulink的環(huán)境下，利用SimpowerSystem中提供梯形波永磁鐵同步電機(jī)模型作為直流無(wú)刷電機(jī)的模型，圖3.1為高壓直聯(lián)機(jī)運(yùn)行圖，下面就圖3.1中的各個(gè)模塊進(jìn)行分

64、析，并力求得出關(guān)于阻力矩與壓縮機(jī)參數(shù)之間的關(guān)系，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角效率波動(dòng)與阻力矩之間的關(guān)系，得出相關(guān)的仿真圖。</p><p>　　圖3.1高壓直聯(lián)機(jī)仿真總體方案</p><p>　　圖3.2為高壓直聯(lián)機(jī)阻力矩計(jì)算S-function。模塊輸入?yún)?shù)為低壓缸直徑（D1），高壓缸直徑（D2），低壓缸活塞行程,低壓缸連桿長(zhǎng)度，高壓缸連桿長(zhǎng)度 和直流無(wú)刷電機(jī)軸的轉(zhuǎn)角。輸出的高壓直聯(lián)機(jī)阻力矩作為直流無(wú)刷電

65、機(jī)的負(fù)載。[10]</p><p>　　圖3.2 阻力矩計(jì)算流程圖</p><p>　　圖3.1為高壓直聯(lián)機(jī)運(yùn)行圖，圖中T為阻力矩，Te為輸出阻力矩，i</p><p>　　為輸入電流，N為輸出轉(zhuǎn)矩。</p><p>　　3.2 高壓直聯(lián)機(jī)仿真結(jié)果及分析</p><p>　　3.2.1 阻力距的大小與壓縮機(jī)參數(shù)的關(guān)系&

66、lt;/p><p>　　高壓直聯(lián)機(jī)的參數(shù)包括，初始的轉(zhuǎn)角，高低壓曲柄的直徑，曲柄的轉(zhuǎn)速，高低壓缸曲柄的轉(zhuǎn)角，高低壓缸曲柄的位移，高低壓缸內(nèi)的壓力，高低壓缸內(nèi)的氣體力等等。在上面仿真系統(tǒng)模型的基礎(chǔ)上，本小節(jié)將對(duì)高壓直聯(lián)機(jī)的阻力矩，效率以及不同參數(shù)下的轉(zhuǎn)速波動(dòng)進(jìn)行仿真，就以上參數(shù)及相關(guān)的比較，反應(yīng)出參數(shù)變化對(duì)阻力距以及其他相關(guān)量的變化。仿真所采用的壓縮機(jī)的功率轉(zhuǎn)速等，使得仿真曲線(xiàn)周期變化的周期約為0.2s。</p&

67、gt;<p>　　在該模塊下，所得的阻力矩的仿真圖如3.3。如圖所示，阻力矩是隨時(shí)間的改變而變化，變化的幅度相對(duì)比較大，并呈現(xiàn)近似的周期性變化。阻力矩的變化關(guān)系到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的效率，穩(wěn)定性等很多因素，因此于阻力矩的研究在壓縮機(jī)的動(dòng)力學(xué)研究里已占了越來(lái)越重的地位。</p><p>　　圖3.3 阻力矩變化示意圖</p><p>　　下面就高壓直聯(lián)機(jī)參數(shù)變化對(duì)阻力矩的變化曲線(xiàn)進(jìn)行仿

68、真。</p><p>　　在初始角不同的情況下，阻力矩的變化比較曲線(xiàn)，如圖3.4。仿真所采用的初始角的值如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 三組不同的初始角</p><p>　　在圖3.5中曲線(xiàn)1為初始角為0°的情況下的阻力矩隨時(shí)間變化的仿真圖，曲線(xiàn)2為初始角為90°情況下的阻力矩隨時(shí)間變化的仿真圖，而曲線(xiàn)3則為初始角為180

69、6;情況下的仿真圖。我們可以看到不同初始角下，阻力矩的變化完全不同，尤其是在初始角為90°的情況下，阻力矩的變化幅度還是比較大的。而初始角為180°時(shí)的阻力矩的變化幅度最小。由初始角不同產(chǎn)生了三種不同的壓縮機(jī)，這就是對(duì)動(dòng)式、對(duì)置式和L式壓縮機(jī)的區(qū)別所在，如圖3.4所示。初始角度的確定，這對(duì)高壓直聯(lián)機(jī)的工作平穩(wěn)性，振動(dòng)，噪聲，使用壽命等方面的保證，還是有著重要的意義，因此這一方面的研究與實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行也已變得相當(dāng)迫切。&l

70、t;/p><p>　　對(duì)動(dòng)式示意圖 對(duì)置式示意圖</p><p><b>　　L式示意圖</b></p><p>　　圖3.4三種不同壓縮機(jī)示意圖</p><p>　　圖3.5 不同初始角下的阻力矩變化曲線(xiàn)</p><p>　　在高壓直聯(lián)

71、機(jī)高低壓缸曲柄直徑的變化下，我們對(duì)阻力矩變化曲線(xiàn)進(jìn)行仿真。下面先在低壓缸曲柄直徑變化的情況下進(jìn)行仿真。如圖3.6所示為低壓缸曲柄直徑變化情況下的仿真圖。三組低壓缸曲柄直徑的參數(shù)如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 三組低壓缸曲柄直徑參數(shù)</p><p>　　圖中曲線(xiàn)1為低壓曲柄直徑為0.18m的阻力矩變化曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2為低壓缸曲柄為0.14m的阻力距變化曲線(xiàn)，而曲線(xiàn)3為低壓缸曲柄為

72、0.10m的阻力矩變化曲線(xiàn)。 從圖中我們可以看到，在低壓缸曲柄直徑變化不大的情況下，阻力矩的變化幅度相對(duì)較小，在0.03秒至0.12秒這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，阻力矩出現(xiàn)局部重合的跡象，而在快接近第一個(gè)周期0.2秒這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，阻力矩的變化最快，低壓缸曲柄直徑為0.18m的藍(lán)色曲線(xiàn)，阻力矩從一開(kāi)始的最小變成了最大，而直徑為0.10m時(shí)則剛剛好相反。仿真所采用的低壓缸曲柄直徑也許差別不是很大，導(dǎo)致阻力矩的差別也不是很大，因此生產(chǎn)研究中對(duì)該直徑

73、的研究與實(shí)驗(yàn)應(yīng)更加豐富全面，這樣才能得到更優(yōu)化的結(jié)果。 </p><p>　　圖3.6高壓直聯(lián)機(jī)低壓曲柄直徑變化情況下的阻力矩變化示意圖</p><p>　　而在高壓缸曲柄直徑變化的情況下，仿真圖如3.7所示。圖中曲線(xiàn)2為高壓曲柄直徑為0.14

74、m的阻力矩變化曲線(xiàn)，曲線(xiàn)3為高壓缸曲柄為0.10m的阻力距變化曲線(xiàn)，而曲線(xiàn)1為低壓缸曲柄為0.06m的阻力矩變化曲線(xiàn)。三組高壓缸曲柄直徑的參數(shù)如表3.3所示。</p><p>　　表3.3 三組高壓缸曲柄直徑參數(shù)</p><p>　　在圖3.7中，各直徑下的阻力矩在0.03s這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上達(dá)到最大值，而在0.07s這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上到達(dá)最小值，各阻力矩的變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律。而對(duì)于在起始點(diǎn)的阻力矩大

75、小與直徑的關(guān)系，這與在低壓缸直徑下的關(guān)系相反，直徑越大則阻力矩越大。</p><p>　　高低壓缸曲柄直徑在仿真中的變化呈現(xiàn)相似的過(guò)程，但直徑大小與阻力矩的大小的關(guān)系卻呈現(xiàn)相反的關(guān)系，因此對(duì)高低壓缸曲柄直徑的配合使用，以及如何得到最優(yōu)化的效果，得到最優(yōu)的阻力矩變化曲線(xiàn)，最優(yōu)的效率，這也是一個(gè)需要花大量時(shí)間研究的課題，這也是壓縮機(jī)的研究的重要的組成部分。</p><p>　　圖3.7 高壓直

76、聯(lián)機(jī)高壓缸曲柄直徑變化情況下的阻力矩變化示意圖</p><p>　　低壓缸壓縮比變化情況下阻力矩變化曲線(xiàn)如圖3.8所示，其中圖中曲線(xiàn)3為壓縮比為5的阻力矩變化曲線(xiàn)，曲線(xiàn)2為壓縮比為7的阻力距變化曲線(xiàn)，而曲線(xiàn)1為壓縮比為9的阻力矩變化曲線(xiàn)。三組低壓直徑的兩組參數(shù)如表3.1所示。壓縮比的參數(shù)如表3.4所示。</p><p>　　表3.4 三組壓縮比參數(shù)</p><p>

77、　　在圖3.8中，我們可以看到阻力矩的變化呈現(xiàn)相同的規(guī)律，并在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)重疊的現(xiàn)象。在接近一個(gè)周期的末尾，阻力矩的大小隨時(shí)間變化很快。仿真所采用的低壓缸壓縮比的差別不是很大，或許這是導(dǎo)致阻力矩的差別不是很大的原因之一。在生產(chǎn)研究中，壓縮比的設(shè)計(jì)也是一個(gè)相當(dāng)重要的工作，為了滿(mǎn)足壓縮機(jī)工作的效率工作條件的要求，以及在適合加工條件下的生產(chǎn)要求。</p><p>　　圖3.8 低壓缸壓縮比變化情況下的阻力矩變化示意圖

78、</p><p>　　從以上的仿真結(jié)果以及公式2.9我們可以得知，壓縮機(jī)研究中對(duì)于阻力矩的研究涉及到了壓縮比，高低壓缸曲柄直徑，初始角等等一系列的因素。滿(mǎn)足生產(chǎn)生活的壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)也是一個(gè)繁瑣的工程，我們應(yīng)該看到我們生活中的空調(diào)冰箱這些常見(jiàn)的家電都凝結(jié)這研究人員的心血，這也讓我有更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待生活中的每個(gè)事物。</p><p>　　3.2.2 阻力矩波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響</p>

79、<p>　　高壓直聯(lián)機(jī)的轉(zhuǎn)速波動(dòng)會(huì)造成效率損失噪聲和振動(dòng)等問(wèn)題，因此對(duì)研究和仿真高壓直聯(lián)機(jī)在不同阻力距下的轉(zhuǎn)速波動(dòng)變得尤為迫切。圖3.9顯示了一般情況下，轉(zhuǎn)速的波動(dòng)隨時(shí)間的變化，轉(zhuǎn)速并不是一個(gè)不變的值，而是在0r/min與50r/min之間不斷變化，而且變化幅度相當(dāng)?shù)娘@著。在一個(gè)周期內(nèi)轉(zhuǎn)速的增減頻率變化相當(dāng)頻繁，說(shuō)明高壓直聯(lián)機(jī)的轉(zhuǎn)速是一個(gè)相當(dāng)不穩(wěn)定的因素。為了確保直聯(lián)機(jī)能滿(mǎn)足使用性能使用壽命噪聲等許多方面的要求，對(duì)其轉(zhuǎn)速的研

80、究也必不可少。</p><p>　　圖3.9 轉(zhuǎn)速波動(dòng)示意圖</p><p>　　而圖3.11是改變高壓直聯(lián)機(jī)參數(shù)，進(jìn)而得到不同阻力矩波動(dòng)曲線(xiàn)，在該條件下所得到的轉(zhuǎn)速波動(dòng)的仿真圖如圖3.11所示。圖3.10則為不同阻力矩的波動(dòng)曲線(xiàn)。在圖3.11中，轉(zhuǎn)速波動(dòng)在不同時(shí)段有不同程度的變化，在阻力矩變化不大的情況下，轉(zhuǎn)速的變化幅度也不大。圖3.10中阻力矩曲線(xiàn)1,2,3分別相應(yīng)圖3.11中的轉(zhuǎn)速曲

81、線(xiàn)1,2,3。</p><p>　　轉(zhuǎn)速是壓縮機(jī)工作的重要參數(shù)之一，我們需要設(shè)計(jì)合理的高壓直聯(lián)機(jī)參數(shù)，使轉(zhuǎn)速的波動(dòng)引起的振動(dòng)噪聲及其他不良影響在允許的范圍內(nèi)，使壓縮機(jī)能安全正常的運(yùn)行,并保證其使用壽命，這同樣具有重要的意義。</p><p>　　圖3.10 阻力矩變化示意圖</p><p>　　圖3.11 阻力矩變化下的轉(zhuǎn)速波動(dòng)示意圖</p><

82、p>　　3.2.3 輸出阻力矩的仿真</p><p>　　圖3.12為輸出阻力矩的仿真曲線(xiàn)，由圖可知，輸出阻力矩的波動(dòng)幅度很大，但輸出阻力矩的大小在一個(gè)恒定的范圍內(nèi)。輸出阻力矩的變化直接關(guān)系到壓縮機(jī)的工作效率，影響到壓縮機(jī)工作的穩(wěn)定性噪聲等，它的研究是壓縮機(jī)研究的重要組成部分之一。</p><p>　　圖3.12 輸出阻力矩示意圖</p><p>　　3.2.

83、4 輸出電流的仿真</p><p>　　圖3.13為輸出電流的仿真示意圖。如圖所示，電流的變化呈現(xiàn)相似的規(guī)律，電流變化的周期大概在0.07s，一個(gè)周期內(nèi)電流的變化幅度比較大，電流的最大值達(dá)到38A。電流的大小影響著高壓直聯(lián)機(jī)的功率，輸出阻力矩越大，所需的功率越大，電流就越大。</p><p>　　圖3.13 輸出阻力矩的仿真示意圖</p><p>　　3.3．相關(guān)參

84、數(shù)的關(guān)系曲線(xiàn)</p><p>　　本節(jié)將運(yùn)用Origin Pro8軟件，就與高壓直聯(lián)機(jī)瞬態(tài)過(guò)程中的低壓端阻力矩相關(guān)的一部分參數(shù)，繪制這些參數(shù)與阻力矩的變化關(guān)系曲線(xiàn)，并對(duì)有些參數(shù)變化（如壓力等）做曲線(xiàn)間的比較</p><p>　　3.3.1 阻力矩變化與角度的關(guān)系</p><p>　　下圖3.14為角度變化與阻力矩變化的關(guān)系，由公式（2.9）（為偏心輪的瞬時(shí)位置偏角）

85、，可知該曲線(xiàn)的變化關(guān)系。由圖可知，阻力矩的大小在最小的時(shí)候達(dá)到最大值，而在=310°左右達(dá)到最小值。</p><p>　　圖3.14 角度變化與阻力矩變化示意圖</p><p>　　3.3.2 高、低壓缸直徑對(duì)阻力矩的影響</p><p>　　由公式（2.9），當(dāng)?shù)蛪焊字睆酱笥?2.5mm時(shí)，低壓缸直徑比較大，導(dǎo)致低壓缸阻力矩比較大。當(dāng)高壓缸直徑大于50m

86、m，高壓缸直徑比較大，導(dǎo)致低壓缸阻力矩比較大。當(dāng)高壓缸排氣壓力為2.0Mpa時(shí)，三種不同高、低壓缸直徑的高壓直聯(lián)機(jī)阻力矩如圖3.15所示。從圖中可以看出，當(dāng)?shù)蛪焊字睆綖?2.5mm和高壓缸直徑為45mm時(shí)，在電機(jī)轉(zhuǎn)角305o處阻力矩達(dá)到16.2N.M，這是因?yàn)榈蛪焊字睆捷^大。當(dāng)?shù)蛪焊字睆綖?6.5mm和高壓缸直徑為55mm時(shí)，在電機(jī)轉(zhuǎn)角215o處阻力矩達(dá)到18 N.M，這是因?yàn)楦邏焊字睆捷^大。當(dāng)?shù)蛪焊字睆綖?9.2mm和高壓缸直徑為50

87、mm時(shí)，阻力矩的兩個(gè)波峰都在12.5 N.M左右，比前兩個(gè)都小，因此可以降低高壓直聯(lián)機(jī)的功耗。</p><p>　　圖3.15 三種不同缸徑高壓直聯(lián)機(jī)的阻力矩變化示意圖</p><p>　　3.3.3排氣壓力對(duì)阻力矩的影響</p><p>　　如圖3.16所示為排氣壓力變化的情況下，阻力矩的變化曲線(xiàn)，在電機(jī)轉(zhuǎn)角達(dá)到220°，210°，215

88、76;的情況下，阻力矩分別達(dá)到最大值12.8N.M，18N.M以及7.5N.M。合理的設(shè)計(jì)排氣及吸氣壓力，對(duì)壓縮機(jī)的泄漏，工作效率等其他方面的合理運(yùn)行有著重要的意義。</p><p>　　圖3.16 不同排氣壓下的阻力矩變化示意圖</p><p>　　3.3.4阻力矩與摩擦力的關(guān)系</p><p>　　高壓直聯(lián)機(jī)工作遇到的摩擦力的大小是一個(gè)固定值，如圖3.17所示，

89、但在不同的工作階段，摩擦力的方向發(fā)生了改變。摩擦力的大小方向，直接影響到壓縮機(jī)的功耗，控制摩擦力在合理的范圍內(nèi)，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)刻改變其方向，對(duì)于壓縮機(jī)的穩(wěn)定性與工作效率有著重要的意義。</p><p>　　與阻力矩相關(guān)的參數(shù)，比如慣性力，氣體力，壓缸比等等，這些也是壓縮機(jī)研究不可缺少的一部分。</p><p>　　圖3.17 摩擦力變化與阻力矩關(guān)系示意圖</p><p>

90、;　　3.3.5高、低壓缸直徑對(duì)壓比的影響</p><p>　　當(dāng)高、低壓缸直徑改變時(shí)，其壓比分配也將改變。圖3.18為三種不同高、低壓缸直徑的高壓直聯(lián)機(jī)壓比，從圖可以看出，當(dāng)?shù)蛪焊字睆綖?3.7mm和高壓缸直徑為38.6mm時(shí)，由于低壓缸較大，低壓缸的壓比一直比高壓缸大，只有在運(yùn)行結(jié)束時(shí)，高壓缸壓比與低壓缸壓比相等，即在點(diǎn)3處，兩者壓比相等。當(dāng)?shù)蛪焊字睆綖?6.5mm和高壓缸直徑為55mm時(shí)，由于高壓缸較大，高

91、壓缸的壓比在26秒時(shí)就和低壓缸的壓比相等，即在點(diǎn)1處兩者壓比相等。到運(yùn)行結(jié)束時(shí)，高壓缸壓比達(dá)到7，即2點(diǎn)處壓比為7。高壓缸或低壓缸的壓比偏大，都將使排氣溫度上升。排氣溫度上升，將使溫度系數(shù)減小，從而增加高壓直聯(lián)機(jī)的功耗。因此功耗在高低壓缸直徑匹配合適時(shí)出現(xiàn)極小值。</p><p>　　圖3.18 二種不同缸徑高壓直聯(lián)機(jī)的壓比</p><p><b>　　3.4．總結(jié)</b&

92、gt;</p><p>　　在本章中，運(yùn)用Matlab軟件，對(duì)高壓直聯(lián)機(jī)的阻力矩，轉(zhuǎn)速波動(dòng)以及輸出阻力矩進(jìn)行了仿真。了解到阻力矩的大小波動(dòng)，與低壓缸缸比，壓縮機(jī)工作的初始角，高低壓曲柄的直徑，曲柄的轉(zhuǎn)速，高低壓缸曲柄的位移，高低壓缸內(nèi)的壓力，排氣壓力等等之間的變化，以及彼此之間的關(guān)系。</p><p>　　阻力矩大小的波動(dòng)的設(shè)計(jì)與研究，對(duì)確保壓縮機(jī)工作的平穩(wěn)性，工作的效率，功耗，噪聲，以及

93、使用壽命等等方面因素有著重要的意義，阻力矩的研究與壓縮機(jī)各個(gè)參數(shù)有關(guān)，是個(gè)巨大的工程。</p><p>　　在本章，我通過(guò)上述的各種仿真實(shí)驗(yàn)，了解了很多關(guān)于壓縮機(jī)的知識(shí)，也遇到了很多相關(guān)的問(wèn)題。由于條件與能力的限制，并沒(méi)有對(duì)其有更深的理解。在本章中，雖然研究的方法存在缺點(diǎn)，但是在這次論文中學(xué)依然到了不少的經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)，以及認(rèn)識(shí)到許多問(wèn)題。這次的論文，讓我對(duì)Matlab有了更深的掌握，對(duì)壓縮機(jī)的工作及原理有了理解

94、，同時(shí)也培養(yǎng)了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這都與老師的教育指導(dǎo)是分不開(kāi)的。</p><p><b>　　4 結(jié)論與展望</b></p><p><b>　　4.1 結(jié)論</b></p><p>　　本次論文， 在老師的指導(dǎo)下，我對(duì)壓縮機(jī)的相關(guān)有了很大認(rèn)識(shí)，簡(jiǎn)單的對(duì)高壓直聯(lián)便攜式壓縮機(jī)的瞬態(tài)過(guò)程熱力學(xué)的仿真計(jì)算作出了分析，本文的主要學(xué)習(xí)工

95、作結(jié)論歸納如下：</p><p>　　(1）常規(guī)熱力學(xué)的介紹。</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)的熱力性能是指排氣壓力、排氣量、排氣溫度，以及功率和效率。熱力性能表征壓縮機(jī)的熱力特性，是壓縮機(jī)研究的一個(gè)重要方面。</p><p>　　(2)建立了高壓直聯(lián)機(jī)瞬態(tài)過(guò)程數(shù)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)方程，建立仿真方案。</p><p>　　本文提出了瞬態(tài)過(guò)程分析

96、的方法，建立了高壓直聯(lián)機(jī)瞬態(tài)過(guò)程數(shù)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)方程。在瞬態(tài)分析的基礎(chǔ)上， 建立仿真模型方案。</p><p>　　(3)在功率一定情況下，阻力矩的大小和壓縮機(jī)參數(shù)對(duì)的關(guān)系。</p><p>　　本文在保證功率不變的情況下，改變壓縮機(jī)的參數(shù)，如高低壓缸曲柄直徑，低壓缸缸比，初始角等等，在Mtlab下對(duì)阻力矩的變化曲線(xiàn)進(jìn)行仿真，并作了簡(jiǎn)要的分析。在仿真所采用的參數(shù)中，在初始角為180

97、6;，低壓缸缸比為5的情況下，阻力矩的變化比較平穩(wěn)，且阻力矩的數(shù)值也相對(duì)較大。而當(dāng)高低壓曲柄直徑在小幅變化的范圍內(nèi)，阻力矩的變化不是很大，這說(shuō)明小幅范圍的直徑變化，對(duì)阻力矩的影響不大。壓縮機(jī)工作的瞬態(tài)過(guò)程中的阻力矩的研究是壓縮機(jī)研究的重要組成。這讓我對(duì)Mtlab軟件有了更多的掌握，這是我學(xué)習(xí)上的一個(gè)跨越。</p><p>　?。?）阻力矩波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。</p><p>　　本文實(shí)驗(yàn)采用

98、的阻力矩的波動(dòng)幅度不是很大，所得的轉(zhuǎn)速波動(dòng)也不是很大。轉(zhuǎn)速是壓縮機(jī)工作的重要參數(shù)，保證其在合理的范圍內(nèi)具有極其重要的意義。阻力矩的波動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)不是很大，因此，在研究阻力矩時(shí)，應(yīng)先保證其在噪聲，平穩(wěn)性，使用壽命，剛度，可靠度在合理的范圍內(nèi)，在相應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)，使功耗等其他方面得到最優(yōu)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　最后通過(guò)這次畢業(yè)論文給了我一個(gè)鍛煉的機(jī)會(huì)，讓我注意細(xì)節(jié)，在學(xué)習(xí)和工作上有了更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，這樣的學(xué)習(xí)態(tài)度

99、對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)有很大的益處。</p><p><b>　　4.2 展望</b></p><p>　　本文雖然對(duì)高壓直聯(lián)機(jī)系統(tǒng)理論的設(shè)計(jì)方法及仿真熱力學(xué)計(jì)算進(jìn)行了研究，對(duì)其阻力矩以及其它參數(shù)作了簡(jiǎn)單的分析。但是高壓直聯(lián)機(jī)技術(shù)是一項(xiàng)機(jī)電一體化的新技術(shù)，涉及的內(nèi)容也非常廣泛，本文只對(duì)高壓直聯(lián)機(jī)簡(jiǎn)單的熱力學(xué)仿真計(jì)算進(jìn)行了一些工作。結(jié)合本文以及當(dāng)今國(guó)內(nèi)外關(guān)于對(duì)壓縮機(jī)領(lǐng)域的

100、發(fā)展?fàn)顩r和趨勢(shì)，我覺(jué)得以下方面可以進(jìn)一步的深入研究。</p><p>　　由于受到體積和重量的限制，高壓直聯(lián)機(jī)一般都采用二級(jí)壓縮。在通常情況下，這樣壓力應(yīng)該采用三級(jí)壓縮機(jī)。事實(shí)上，現(xiàn)有排氣壓力1.0Mpa的部分直聯(lián)機(jī)已采用了二級(jí)壓縮。高壓比會(huì)使壓縮機(jī)效率降低，排氣溫度增加，活塞所承受的力加大，氣體的泄漏也相應(yīng)增加，為解決和改善這些問(wèn)題，需要對(duì)壓縮機(jī)的整個(gè)熱力學(xué)過(guò)程進(jìn)行詳盡的分析與計(jì)算，確定被壓縮氣體的合適的過(guò)流通

101、道。[15]</p><p>　　我可以根據(jù)高壓直聯(lián)機(jī)的阻力矩的形狀，設(shè)計(jì)直流無(wú)刷電機(jī)的本體的磁力密度，使阻力矩的地方磁力密度大，這樣可以使高壓直聯(lián)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)。</p><p>　　高壓直聯(lián)機(jī)的控制系統(tǒng)的抗干擾性有待提高，不同背壓下的壓頻曲線(xiàn)需要進(jìn)一步的細(xì)化。</p><p>　　本次論文離不開(kāi)鐘美鵬老師的幫助和輔導(dǎo)，在此向老師獻(xiàn)上由衷的感謝和敬意。</p

102、><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 牛衛(wèi)飛．活塞式壓縮機(jī)氣量無(wú)及調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[S]．浙江大學(xué)，2003.

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