小型压缩机直接驱动气缸系统研究

摘要

集中式气源为气动系统提供压缩空气的方法已经较为广泛地应用，但是当驱动的执行元件仅有一、两个，并且在某些需要防火、防爆、高速驱动等特定环境下，又只能采用气压驱动方式时，仍然采用集中式气源是不经济的。这就需要考虑能否以小型压缩机直接驱动执行元件，这样可以在满足特定环境对气压驱动方式需求的同时，又能节省系统成本。本课题结合理论分析与具体试验对小型压缩机直接驱动气缸系统进行研究，并与集中式气源系统的驱动特性进行比较，以探索是否可以在满足实际工况需求的条件下，应用小型压缩机直接驱动气缸系统。
　　本文完成的主要研究工作如下:
　　(1)针对气缸执行元件，建立了三种不同的小型压缩机直接驱动气缸试验系统，在满足气缸基本工况条件下，探讨了元件的配置、气缸参数与小型压缩机的匹配关系，为小型压缩机直接驱动气缸系统的合理配置提出参考。建立系统的数学模型，求解出满足气缸理想驱动时，系统中所需气罐容积与小型压缩机排气量和气缸缸径的关系。
　　(2)根据气缸的规格和工况条件，匹配了适合作为其驱动气源的小型压缩机。研制了对气缸轴向施加载荷的恒力加载装置，其实际加载范围比采用负载小车加载的方法提高了约33倍。建立了两种气源驱动气缸的试验系统，规划了具体的试验方案。
　　(3)通过试验，研究了不同负载下气缸的速度特性和工况适应性，并对两种气源驱动气缸系统的相应特性进行了比较。小型压缩机直接驱动气缸系统的工作行程最短时间比集中式气源驱动气缸系统多0.1～0.15s;速度平稳值仅为后者的23.6％～61.5％;随着负载增大，其最大工作频率比后者降低更多。通过对其工况适应性的研究，得出了可以充分发挥小型压缩机直接驱动气缸系统驱动特性的工况条件。
　　(4)比较了小型压缩机直接驱动气缸系统与集中式气源驱动气缸系统的能耗及构成经济性，分别提出了输入输出功率比和成本比率，作为系统能耗和构成经济性的评价指标。前者的输入输出功率比为后者的1.71％～4.04％，成本比率为后者的1/40左右，小型压缩机直接驱动气缸系统的能耗低，构成经济性好。
　　通过对两种气源驱动气缸系统的研究比较得出:与集中式气源相比，小型压缩机直接驱动气缸系统的组成元件少、构成成本低、驱动能耗少;其速度平稳性和工况适应性能够很好地满足气缸驱动负载的一般工作要求，但对气缸的速度平稳性要求特别高或工作频率很高的场合，适宜于采用集中式气源驱动气缸系统。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题的研究背景与意义

1．2 气压驱动系统的国内外研究现状

1．2．1 集中式气源驱动下气缸工作特性的研究现状

1．2．2 小型压缩机的常见类型及特点

1．3 课题的主要研究内容

2 小型压缩机直接驱动气缸系统的构成及其系统数学模型

2．1 小型压缩机直接驱动气缸系统的基本配置

2．1．1 集中式气源驱动气缸系统的基本配置

2．1．2 小型压缩机直接驱动气缸系统的基本配置

2．2 小型压缩机直接驱动气缸系统的数学模型

2．2．1 数学模型的建立

2．2．2 数学模型的求解

2．2．3 数学模型的验证

2．3 本章小结

3 小型压缩机直接驱动气缸试验系统及恒力加载装置的研制

3．1 试验系统构成

3．1．1 PLC控制的系统气动回路原理

3．1．2 气缸及小型压缩机的选配

3．2 恒力加载装置的研制

3．2．1 装置的结构设计

3．2．2 装置的加载实现情况

3．3 试验系统的实现及基本的试验方法

3．3．1 小型压缩机直接驱动气缸试验系统

3．3．2 集中式气源驱动气缸试验系统

3．4 本章小结

4 两种气源驱动气缸系统特性试验及分析比较

4．1 气缸速度特性的试验比较

4．1．1 气缸工作基本周期及速度特性主要指标

4．1．2 小型压缩机直接驱动气缸系统速度特性

4．1．3 集中式气源驱动气缸系统速度特性

4．1．4 两种气源驱动气缸系统速度特性比较

4．2 气缸工况适应性的试验比较

4．2．1 两种气源驱动气缸系统工作频率比较

4．2．2 两种气源驱动气缸系统工况适应性比较

4．3 小型压缩机直接驱动气缸的改进控制回路

4．3．1 改进控制回路基本配置

4．3．2 改进控制回路运行原理及优点

4．3．3 Ⅱ型与Ⅲ型试验系统驱动特性比较

4．4 本章小结

5 两种气源驱动气缸系统能耗及经济性比较

5．1 能耗特性比较

5．1．1 小型压缩机直接驱动气缸系统能耗

5．1．2 集中式气源驱动气缸系统能耗

5．1．3 两种气源驱动气缸能耗比较

5．2 系统构成经济性的分析比较

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和出版著作情况