基于空气量控制的气动节能回路的研究

摘要

本课题来源于日本SMC株式会社委托的研究项目，对基于空气量控制的气动节能回路进行仿真及实验研究。
　　在传统的气动回路中，气缸活塞换向是由换向阀切换进、排气腔完成的，通常在打开进气通道的同时也打开了排气通道，这样失去了利用进、排气的时间差来控制回路的可能性。气缸活塞杆在伸出的全程，无杆腔均通入压缩气体，而在回程时，排气腔中接近于供气压力的压缩气体被直接排放到大气中，压缩空气的膨胀能未被利用而造成浪费。针对传统回路的缺点，本文设计了基于空气量控制的节能回路。回路通过对进、排气腔切换时间的单独控制，实现了对进出系统空气量的定量控制，即只需根据系统的需要，通入适量的压缩空气，而无需全行程时间供气。通过利用压缩空气的膨胀能做功，提高压缩空气的利用率，达到节能的目的。
　　首先，本文建立了气动节能回路的数学模型，利用Matlab软件建立了仿真模型，进行仿真分析，获得了系统气缸两腔压力、活塞运行速度、位移、空气量等参数的变化规律，为下一步节能效果的研究提供理论基础。
　　其次，本文设计了气动节能回路和实验硬件电路，搭建了实验台。利用Labview软件编写了实验数据采集与处理程序，可方便地实时显示各参数的变化曲线，控制换向阀的开启与关闭顺序。
　　最后，本文通过仿真与实验的对比验证了仿真模型的正确性。仿真与实验结果均表明，与传统气动回路相比，本文提出的基于空气量控制的节能回路在相同实验条件下，与传统气动回路相比可节省71.4％的空气量。本文还通过实验给出了气缸进、排气腔切换的时间序列，在该序列控制下，节能回路的耗气量明显低于传统气动回路，具有较好的节能效果。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内研究现状

1．2．1 空压机群的节能控制

1．2．2 在气动系统中使用不同压力的节能

1．2．3 带排气回收的气动系统的节能

1．3 国外研究现状

1．4 研究思路及主要研究内容

1．4．1 研究思路

1．4．2 主要研究内容

第2章 气动系统的建模与仿真

2．1 系统数学模型的建立

2．1．1 压力动态方程

2．1．2 流量方程

2．1．3 运动特性方程

2．2 系统仿真模型的建立

2．2．1 Matlab简介

2．2．2 仿真模型的建立

2．2．3 仿真结果与特性分析

2．3 本章总结

第3章 实验台的搭建及数据采集程序的设计

3．1 实验台的搭建

3．1．1 实验台的结构图

3．1．2 实验台气动元件搭建

3．1．3 实验台的电气元件接线图

3．2 数据采集程序设计

3．2．1 LabView简介

3．2．2 电气元件的调试

3．2．3 数据采集

3．4 本章小结

第4章 适量适所气动回路的实验研究

4．1 适量适所回路动态特性实验

4．1．1 普通回路的动态特性实验

4．1．2 适量适所回路的动态特性实验

4．2 桥式回路的节能实验

4．2．1 桥式回路运动特性

4．2．3 适量适所回路与桥式回路的对比实验

4．2．4 其他型号气动元件下的节能实验

4．3 不同控制方式下的节能实验

4．3．1 基于时间控制的节能实验

4．3．2 基于空气量控制的节能实验

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 未来研究工作的展望

5．2．1 进气端压力变化

5．2．2 对错流阀的思考

5．2．3 空气量阀控制器的设计

参考文献

致谢