新型压缩机活塞的运动特性分析

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1、第35卷2007年第12期新型压缩机活塞的运动特性分析论文编号：1001-3954(2007)12-0112-114新型压缩机活塞的运动特性分析吴军超*　王裕清　张东霞河南理工大学机械与动力工程学院　河南焦作　454000摘要：论述了双圆筒直线电机驱动的活塞式压缩机的结构及工作原理，对活塞组件的运动过程进行了动力学分析并做了数值求解。研究表明其活塞的运动属于非简谐周期性运动，这不同于传统往复活塞式压缩机。研究结果为新型压缩机的设计奠定了理论基础，对该机的研制具有重要意义。叙词：直线电机　活塞式压缩机　数值求解复活塞式压缩机大多是由旋转电机作为驱动层中产生感应电流，并在行波

2、磁场作用下产生两个同往源的，需要由曲轴连杆机构将电机的旋转运方向的推力，使活塞组件沿定子行波磁场方向运动(假动转变为活塞的往复直线运动。由于中间能量传递环节定向右运动)，运行速度随气缸内气体压力的变化而变多，因此机械效率较低[1]。双圆筒直线电机驱动的活塞化。当活塞运行到右端的断电限位传感器时，电机定式压缩机不需能量转换机构就可以直接实现活塞的往返子停电，活塞组件在右气缸内气体力作用下减速、停运动，从而提高了机械效率。此外该压缩机还具有活塞车、然后反向运行。当活塞反向运行到断电限位传感往返频率低、活塞行程长等优点。因此，对新型活塞压器时，电机定子反向通电，活塞组件在各力共

3、同作用缩机的动力学特性进行分析，具有重要意义。下加速运行。当活塞运行到左端的断电限位传感器后，电机断电，活塞组件在左气缸内气体力作用下减1新型压缩机的结构及工作原理速、停车。然后活塞组件在左端气体力作用下再次开始向右运行，当运行到左端断电限位传感器时，重复1.1　结构上述运行过程。周期性地改变电源相序，可使电机动新型活塞式压缩机主要由电机的内、外定子，电子实现不间断的往复运动[2]。机动子，活塞，气缸缸头及进、排气阀等部件组成(通详见图1)。内定子６是由内定子线圈、内定子铁芯组2　活塞运动过程的受力分析成；外定子７由外定子线圈、外定子铁芯组成。内、用外定子铁芯都是由完全相

4、同的圆形硅钢片叠加而成。2.1　活塞组件的受力电机动子８是一薄壁钢管，其内、外表面铸有一层薄如图２所示，压缩机工作时，活塞体在水平方向铜或薄铝，形成复合次级。电机动子与活塞做成一上受到６个作用力(假定活塞从左止点向右运动)。活本栏目体，左右两个气缸对称布置，长次级电机，无曲轴连塞体受到电机内定子推力F，电机外定子推力F，d1d2杆机构，活塞与气缸间及活塞杆和滑动轴承间的摩擦左气缸气体作用力F，右气缸气体作用力F，左右g1gr责任是仅有的阻力损失。因此该压缩机在理论上具有结构２个活塞的密封摩擦阻力F、F。活塞体自左向右flfr紧凑、推力大、便于安装与检修等优点。的运动是个复

5、杂的变加速过程，由牛顿第二定律可得编辑　F+F-F-F-F=Mx″(1)dg1grfrf1F=F+F(2)dd1d2陆秋云图2　活塞组件的受力图2.1.1　圆筒型直线感应电机推力根据直线电机结构及在不考虑边端效应的情况下，圆筒型直线感应电动机的推力F可用下式[3]表示d1.缸头　2.气缸　3.活塞　4.活塞杆　5.内定子端盖　6.内23VRF=2定子　7.外定子　8.电机动子　9.外定子端盖　10.储气筒d22éù2ìüïïæ××öæö图1　双圆筒直线电机驱动的活塞式压缩机原理图S+vêúæöç÷1+1íýçRX+XmmSGX÷++ç÷s1122êúëûèøSGïïîþè

6、(SG)øèø(SG)1+1.2　工作原理式中　G——勒斯特旺品质因数，G=X/rm2定子绕组通电后，产生两个方向相同的行波磁U——电源电压，V场，磁力线分别从内、外定子铁芯穿过铜层，在薄铜v——同步速度，v=2tf(t为极距，m），m/sss*作者简介：吴军超，男，河南理工大学机械与动力工程学院研f——电源频率，f＝50Hz究生，研究方向：机电一体化。R，R——分别为初级电阻和次级电阻，Ω12112Mining&ProcessingEquipment新型压缩机活塞的运动特性分析第35卷2007年第12期X，X——分别为初级漏抗和激磁电抗，Ω1mnæöSx+S——滑差率，

7、S=1-x′/vF+0.9AP-=1.1APç÷0Mxt()¢¢sd00èøS+-xxt()x——活塞组件的位移，m02.1.2　活塞体所受的摩擦力(4)右气缸开始排气至活塞运动到位移传感器时当(x+S)(1-e1/n)≤x(t)≤(x+S)时摩擦力是由活塞与气缸壁面、活塞杆和滑动轴承002之间的相对运动引起的，摩擦力表达式如下F+0.9AP-=1.1APMxt()¢¢d0df=mN(3)(5)电机断电至活塞运行到右止点　当(x+S)≤02式中　m——气缸和活塞间的摩擦系数x(t)≤(x+S)时0N——活塞圆周面上受到的压力，