气缸驱动回转装置的研究

摘要

矿用气动辅助运输车以其灵活性、便捷性、多功能性等优点在煤矿辅助运输中占据着至关重要的地位，其技术发展快慢直接决定了矿井生产能力和劳动效率的高低。目前矿用气动辅助运输车常用的动力装置为气动马达，但是试验分析过程中发现气动马达工作效率较低、输出扭矩较小，并且在马达放气过程中系统中减压阀的温度会大幅度下降，导致不能正常工作，因此设计一种高效、安全、平稳的驱动方式是非常有必要的。
　　本文提出了一种以压缩空气为工作介质基于超越离合器和双面齿条的气缸驱动回转装置作为矿用气动辅助运输车的动力装置，并在分析其结构功能需求的基础上，得出了基本能量转换系统。文章设计了气缸驱动回转装置的气动控制系统和机械传动系统，通过对装置的工作原理和做功过程的理论计算分析，得出了该机构具有能够输出平稳高扭矩和能量利用率高的特点。
　　文章分别研究了气缸驱动回转装置中压缩气体在恒温状态和绝热状态下的膨胀做功过程，指出了提高压缩气体所做的膨胀功是提高气动马达工作效率的关键，并通过理论计算得出了压缩气体在恒温状态下所做的膨胀功最大，气体压力能释放最为充分。本文以热力学定律为依据在气体能量方程、质量流量方程以及机械单元运动方程的基础上建立了气缸驱动回转装置工作过程的非线性数学模型，并在AMESim环境中构建虚拟模型，对影响机构主要工作性能的各项参数进行了仿真研究，得出了气缸驱动回转装置的工作运动特性。
　　最后本课题在理论分析和仿真研究的基础上，设计制作了一套适用于三轮车的气缸驱动回转装置模型，并成功的将其改装为气动三轮车，进行了整车试验，得出了气缸驱动回转装置确实具有高效、安全、平稳的特点。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景

1．1．1 矿用辅助运输车现状

1．1．2 汽车驱动方式研究现状

1．2 气动马达研究现状

1．2．1 气动马达分类

1．2．2 国内外气动马达研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 小结

第二章 气缸驱动回转装置的结构分析与系统设计

2．1 气缸驱动回转装置的结构功能分析

2．2 气缸驱动回转装置总体方案设计

2．2．1 基本能量转换机构的提出

2．2．2 气动控制系统和机械传动系统的提出

2．3 气动控制回路分析设计

2．4 机械传动系统分析设计

2．4．1 滚珠式超越离合器

2．4．2 传动系统设计

2．5 小结

第三章 气缸驱动回转装置理论分析

3．1 气缸驱动回转装置做功过程分析

3．2 气缸驱动机构膨胀做功分析

3．2．1 定温过程与绝热过程膨胀做功对比分析

3．2．2 气缸驱动机构与传统曲柄连杆机构做功对比分析

3．3 小结

第四章 气缸驱动回转装置仿真研究

4．1 非线性数学模型构建

4．1．1 气体能量方程

4．1．2 气体质量流量方程

4．1．3 机械系统运动方程

4．2 基于AMESim系统仿真模型建立

4．2．1 AMESim建模仿真软件简介

4．2．2 AMESim模型建立

4．2．3 仿真参数设定

4．3 仿真结果研究

4．3．1 机构运动特性分析

4．3．2 机构进气初始压力对运动特性的影响

4．3．3 活塞运动位移对机构运动特性的影响

4．3．4 气缸内径对机构运动特性的影响

4．4 小结

第五章 气缸驱动回转装置试验研究

5．1 试验目的及意义

5．2 搭建试验样车

5．3 试验过程及结果分析

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．1 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文