气压传动系统排气回收节能技术

第1章 绪论 1

1.1 气压传动系统节能的研究背景和意义 1

1.2 气压传动系统排气节能研究现状 3

1.2.1 将排气能量转换成其他形式能量的节能研究状况 3

1.2.2 设计节能回路减少排气腔耗气量以实现节能的研究状况 4

1.2.3 气罐式排气回收节能研究状况 6

1.3 有待研究解决的问题 8

1.3.1 气罐式排气回收节能技术 8

1.3.2 微型排气回收高效节能涡轮发电再利用技术 10

第2章 排气回收控制系统的数学建模及仿真 11

2.1 功率键合图法的基本思想及其在气动系统仿真领域的实现 11

2.2 气罐式排气回收控制系统键合图模型的建立 15

2.2.1 排气回收系统的工作原理 16

2.2.2 系统键图模型的建立 17

2.3 气罐式排气回收控制系统数学模型的建立 22

2.3.1 能量方程 23

2.3.2 气缸活塞的运动方程 23

2.3.3 流量方程 24

2.4 气罐式排气回收系统仿真模型的建立与实验验证 26

2.4.1 仿真模型的建立 27

2.4.2 仿真模型的实验验证 27

2.5 微型排气回收涡轮发电系统相关数学模型的建立与实验验证 30

2.5.1 基于AMESim的气动系统动态特性数学模型的建立 30

2.5.2 AMESim仿真模型的实验验证 31

2.5.3 涡轮叶片受力模型的建立 32

2.5.4 微型涡轮输出转矩分析 34

2.6 小结 36

第3章 排气回收节能系统基本特性的实验 37

3.1 实验内容及方法 37

3.1.1 气罐式排气回收实验台搭建 37

3.1.2 气罐式排气回收节能实验内容 39

3.1.3 微型排气回收涡轮发电系统实验台搭建 39

3.1.4 微型排气回收涡轮发电系统实验内容 41

3.1.5 实验数据处理 41

3.2 气罐式排气回收时对气缸动态特性的影响 44

3.2.1 对气缸两腔压力的影响 44

3.2.2 对气缸活塞运动特性的影响 47

3.3 气罐式排气回收切换控制压差的理论分析 50

3.3.1 数学模型的简化 51

3.3.2 回收系统中影响气缸动态特性的因素分析 52

3.3.3 排气回收切换控制压差的推导 57

3.4 气罐式排气回收切换控制压差的实验 59

3.4.1 实验内容及方法 59

3.4.2 实验结果及分析 59

3.5 气罐式排气回收切换控制判据及控制策略分析 62

3.6 微型涡轮发电系统对气缸动态特性的影响 62

3.6.1 不同气源压力下对气缸两腔压力的影响 62

3.6.2 不同气源压力下对气缸活塞运动特性的影响 64

3.7 小结 65

第4章 排气回收装置的设计与实验 66

4.1 气罐式排气回收控制装置的设计与实验 66

4.1.1 定差减压阀控制装置 66

4.1.2 差压开关控制装置 70

4.1.3 气罐式排气回收控制装置的比较分析 72

4.2 微型排气回收涡轮发电装置的设计与实验 74

4.2.1 气缸排气侧冲击能量的分析 75

4.2.2 微型涡轮发电系统的性能需求分析 76

4.2.3 微型涡轮发电系统的方案设计 77

4.2.4 微型涡轮发电装置的详细结构设计与优化 78

4.2.5 微型涡轮输出特性数值模拟 80

4.2.6 微型蜗壳结构优化设计分析 83

4.2.7 微型涡轮系统发电的特性 86

4.2.8 微型涡轮发电系统结构优化设计 89

4.3 小结 91

第5章 排气回收系统回收效率的评价方法 93

5.1 气罐式排气回收系统的能量传递和转换过程分析 93

5.2 气罐式排气回收效率评价方法的理论分析 94

5.2.1 气缸排气腔初始能量分析 94

5.2.2 回收能量分析 95

5.2.3 气缸驱动腔能耗增加率的理论分析及实验 97

5.2.4 排气回收效率的评价方法 101

5.3 气罐式排气回收效率的实验 101

5.4 微型排气回收涡轮发电系统转换效率的分析 103

5.4.1 输入能量分析 103

5.4.2 输出能量分析 104

5.4.3 微型涡轮发电系统效率计算 105

5.4.4 效率实测分析 105

5.5 小结 106

后记 总结与展望 108

附录 Matlab/Simulink仿真程序 110

参考文献 114