活塞式气动马达的过程分析
气动马达(风马达),它是把压缩空气的压力能换为机械能的能量转换装置,其功用是相当于电动机或液压马达。它输出力矩广泛用于矿山机械以及其他气动技术中,作为驱动工作机构的旋转运动。本文将针对活塞式气动马达缸内空气的状态变化过程的分
析,进而提出了描述这些过程的微分方程式,为气动马达的过程的数值计算提供了有关的数学模型。文中所提到的分析方法、笔者认为对其他容积式的气动机械的工作过程分析也有一定的参考价值,对其中微分方程只要赋于不同的边界条件,同样可以用于有关过程的讨论。
一、活塞式气动马达工作过程:
1.工作过程简介:
为简便起见,木文选用猾杆式活塞气动马达为例来说明其过程,对于曲洒连杆式活
塞声几动马达的工作过程其分析方法完全一致。气动马达的工作过程在曲柄转角360。的范
围内,根据配气伐的结构(图1)可分为以下几个过程,其转过的角度为以下所列:
①进气过程
②膨胀过程:
③余广砚压缩过程:
④排气过程:
在曲柄转角内完成了四个过程、并构成一循环。
仁述①~④诸过程,就是真空气状态变化而言,可归纳为:进(排)气过程、膨胀(压缩)过程,前者一可称之为换气过程,这些过程构成气动机的一个工作循环,并且在气动机的工作中周而复始地进行着。
由图可见角因配气阀芯与曲轴同步,,故角均一可表示两者的旋转角。
气缸内空气变化的的描述
通过气动马达气缸的空气流、其流动是不稳定且有热交换的复杂流动,但在研究本
节内容时可加以抽象,即在无限短的时间内,空气的流动可视为准稳定等嫡流。对于气动马达空气流通面积(通过配气伐芯孔的面积)是随曲轴转角而变化的。
阀孔流通面积的变化规律：
从式中可知配气伐截面积(即阀孔流通面积)是随曲柄转角而变的,且与气阀结
构有关,如图2所示。当曲柄转角在配气阀套开口的角度a之内时,其流通面积逐渐增
大,此时流通面积为:
系统与外界交换的热呈,若在d:的时间内完成了dQw的热量传递,在此dQw应包括三个部分的热量传递之总和,即缸壁与外界,缸盖一与外界,活塞顶与外界l的三部分热量传递的总和。从传热形式上看,应该是缸内压缩空气对传热内表面的奥对流换热、内外表面间的导热、外界空间大气与外壁面的对流换热。
对上列形式的微分方程的数值解,常用的是龙格—库塔法,可通过电算解之,可得到。各状态参数的具体值,利用这些数值可以绘出p一甲图,并将其转换为P一V图,通过P一V图可进一步得到气动马达的有关指示参数,为设计、改进气动马达提供了较为符合实际过程的依据。
其次,本文虽是针对活塞式气动马达的工作过程作的讨论,但笔者认为这种讨论的
方法亦完全可以用于其他活塞式气动机械工作过程的分析,所建立的微分方程也有一定的适用价值。差别之处仅在于边界条件的不同。
