智能驱动活塞式压缩机技术创新

[打印] [关闭] 发布时间:[2016-08-30 14:54]

  智能驱动活塞式压缩机技术创新

  技术领域

  此发明是一种用于活塞往复式压缩机传动的智能驱动系统,涉及容积式活塞压缩机技术领域,该技术已申请专利。

  背景技术

  目前的容积式活塞压缩机工作原理,大多是通过曲轴偏心旋转推动活塞往复运动。活塞进行压缩气体过程中,气缸中的气体压力不断升高,对活塞的反压力不断增大,而驱动曲轴旋转的原动机,输出的功率与扭矩是一个固定值,曲轴要在恒定功率输入条件下,去克服活塞传导的不断升高的反作用力,必然会产生振动及能效低等很多缺陷;原动机恒扭矩的工作特性是不能适应压缩机工作需求的,急需一种能适应压缩气体过程特征的智能驱动系统,来提高活塞式压缩机的各项性能。

  研发理念

  1.人工智能与智能驱动系统的概念

  压缩机就是一个压缩气体的设备,与人工智能存在什么关联呢?压缩机的人工智能又会体现在哪里呢?其实我们用打气筒给自行车车胎充气,就是人工智能的一种体现,在打气的进气过程中所需要的人力较小,所以可以快速提起打气杆完成进气过程,压缩排气过程中气体压力逐步升高,必须加大力度进行压气工作,这时下压打气杆的速度可以逐步减速;打气过程的人工智能,就是可以随着压缩空气所需的作用力进行加力或减力工作,合理分配人工动力。

  原动机驱动压缩机工作,用驱动机械替代了人工,但原动机是恒定扭矩输出带动压缩机工作的,原动机不具备人工智能所具备的加力或减力工作模式,更不能适应压缩机传导的反作用力的变化,所以压缩机与原动机都不具备人工智能。

  智能驱动系统就是在压缩机与原动机之间安装一个模拟人工智能的驱动机构,让原动机的动力模式与压缩机的工作模式相互匹配,达到最佳的节能效果。

  2.智能驱动系统的加力与减力工作模式

  以原动机直连驱动工作的压缩机为例,压缩机的驱动轴旋转一圈,活塞往复运动一次。驱动轴旋转180°进行进气工作,旋转180°进行压缩排气工作,原动机的功率分配也是180°进行进气工作,180°进行压缩排气工作,功率分配极不合理。智能驱动系统直接改变了以上工作模式,智能驱动系统可以根据压缩机工作的功率需求来合理分配驱动功率。如智能驱动系统可以用驱动轴旋转60°来进行进气工作,用300°来进行压缩与排气工作,用驱动轴转角分配实现加力与减力工作模式。智能驱动系统改变了原动机的功率输出模式,最大限度的适应了压缩机的功率需求模式。

  发明内容

  如图1所示,智能驱动活塞式压缩机由曲柄连杆机构与转轮摆线智能驱动器构成。转轮摆线智能驱动器由传动曲轴、曲轮轴、转轮与摆线轮组成,曲柄连杆机构的曲轴与曲轮轴相互连接,传动曲轴旋转一圈,曲轮轴带动曲轴旋转一圈。

  转轮摆线智能驱动器的工作原理

  图2是转轮摆线驱动器的剖视图,转轮摆线智能驱动器由传动曲轴、曲轮轴、摆线轮与转轮组成。传动曲轴安装在机体的轴承座中,该传动曲轴的轴颈安装在摆线轮的偏心轴承滚道中,传动曲轴旋转,带动摆线轮回旋自转。摆线轮安装在转轮的偏心轴承滚道中,摆线轮受到转轮运动轨迹的控制,将传动曲轴的匀速旋转运动转变为摆线轮的加速与减速运动。曲轮轴的轴头安装在摆线轮的偏心轴承滚道中,该曲轮轴在摆线轮的带动下做加速与减速运动。

  传动曲轴旋转一圈,曲轮轴旋转一圈,在旋转一圈的过程中,传动曲轴是匀速运动的,而曲轮轴是做加速与减速运动的。根据功率公式W = FV,传动曲轴输出的扭力是一个恒定值,曲轮轴输出的扭力是一个变化值。

  曲轮轴通过连杆带动活塞进行进气工作,曲轮轴做加速旋转,速度增加扭力减小。活塞进气过程中所需的扭力相对较小,曲轮轴输出的扭力减小,曲轮轴所输出的扭力满足了进气过程中的功率需求。曲轮轴做减速旋转,速度减小扭力增强。活塞在压缩过程中受到的反作用力不断增加,曲轮轴输出的扭力也不断增强,曲轮轴所输出的扭力满足了压缩排气过程中的功率需求。

  图3是转轮摆线智能驱动器的工作原理示意图

  图A的传动曲轴与曲轮轴同步旋转到360O,活塞位于上止点处。图B的传动曲轴旋转到60O时,曲轮轴旋转到180O,活塞位于下止点处。图C的传动曲轴位于90O时,曲轮轴旋转到240O。图D传动曲轴位于180O时,曲轮轴旋转到300O。通过图3可以看出,当传动曲轴匀速旋转时,摆线轮回旋自转,带动曲轮轴做加速与减速旋转运动。

  转轮摆线智能驱动器的转轮、摆线轮与传动曲轴的偏心距离是相互制约的一种比例偏心距离。当传动曲轴与摆线轮的偏心距为定值时,转轮偏心轴承滚道的圆心距离与传动曲轴轴体的轴线距离,决定了传动曲轴与摆线轮的旋转角度差值。

  转轮摆线智能驱动器的工作模式就是将传动曲轴输入的恒定扭矩放大或减小。如传动曲轴通过原动机输入的扭矩是100N·m(1500r/min),那么曲轮轴输出的扭矩可以是25N·m~400N·m(1500r/min),低值扭矩用来进气,高值扭矩用来压缩排气。

  转轮摆线智能驱动器与曲柄机构的组合安装结构

  图4摆线轮与曲轮轴相互固定,曲轮轴上安装有轴颈,结构更加简单。

  图5曲轮轴的轴体与摆线轮同心固定,该轴体安装在转轮的偏心轴承滚道中,结构更加紧凑简单。

  有益效果

  压缩机的能效值是根据压缩气体的流量所需的功率数值决定的,同时我们可以通过能效数值表分析出活塞式压缩机的能效极低,这也是活塞式压缩机逐步被螺杆机替代的根本原因。该智能驱动技术在活塞压缩机技术领域的应用,能最大限度的提高活塞式压缩机的工作能效,必会将活塞压缩机的能效标准提高到一个全新标准。智能驱动技术将赋予活塞式压缩机的新生,整个活塞式压缩机行业将迎来彻底的颠覆性技术革命。



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