用解析法在Excel环境下进行压缩机动力计算

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压缩机设计中动力计算的目的是确定压缩机所需要的飞轮矩 、惯性力矩的平衡情况。只有计算压缩机各列的综合活塞力才能够求出压缩机的总切向力 ，并且作出幅度面积图，进-步确定压缩机的飞轮矩。当操作条件发生变化时，综合活塞力和切向力图发生变化 ，需要核算原设计的飞轮矩是否满足要求¤助于Excel可以非常简便地绘制综合活塞力和切向力图，核算原设计的飞轮矩是否满足要求，从而重新设计飞轮。

本文将以-款我厂自主研制的 CFA系列压缩机为例，介绍如何运用解析法在 Excel环境下进行动力计算。压缩机的结构型式为 4列对称平衡式 ， 如 图 1所示 。

图 1 结构型式示意图2 用解析法计算综合活塞力2.1 活塞的位移与曲柄转角的关系压缩机每列的运动机构转化在往复运动部分的总质量m ，并可简单地认为其质量集 中在十字头销中心点c处。当曲柄与气缸中心线之间的夹角为任意转角O/时，活塞离外止点 的位移 如图2所示。则 lr-(，·c0 r·COSOt)/ j/ 图 2 曲柄 连杆机构示意2.2气体力的计算轴侧气体力为正，盖侧气体力为负。

(1)气体过程与Ot角的关系(a)盖侧气体从aO-始膨胀，由 ·5 ·5：，xSp-S。，可求得膨胀结束时的Ot值 ，此后盖侧气体为吸气过程。

5)k -- k，XSy-S。，可求得压缩结束时的Ol值，此后盖侧气体为排气过程。

58 瓣(c)轴侧气体从otO-始压缩 ，由 (s。s) ·s ，xSS。-S ，可求得压缩结束时的Ot值，此后盖侧气体为排气过程。

(d)轴侧气体从o180-始膨胀，由 ·s ·s：，xSS。-S ，可求得膨胀结束时的 值，此后盖侧气体为吸气过程。

(2)膨胀过程中任意 角时气体力表 1 盖侧与轴侧气体过程与 0c角的关系级数 I Ⅱ Ⅲ盖侧气体力 -19369 -39638 -41730fN1 -48846 -821l8 -72l35盖侧 膨胀 9.987 8.494 6.379(mm) 压缩 40.757 47.79l 55.8l9膨胀 0～35 0～33 0～28盖侧 吸气 35～180 33～180 28～18Of。1 压缩 180～280 l80～271 l80～260排气 280～360 271～360 260～360轴侧气体力 16819 33647 30045fN1 42415 69706 5l936轴侧 压缩 48.143 41.109 33.O8l(mm) 膨胀 78.913 80.406 82.521压缩 0～89 0～8O O～69轴侧 排气 89～18O 80～180 69～l8O1 膨胀 18O～223 18O～220 l8O～214吸气 223～360 220～360 214～360 ·计算盖侧气体力时 ， Spi iS0计算轴侧气体力时 j ，Spl.sIs0- 1(3)吸气过程中任意Ol角时气体力盖侧气体力 FoF轴侧气体力 (4)压缩过程中任意Ot角时气体力：( 计算盖侧气体力时 ， S iSo计算轴侧气体力时2012年06期(总第 236期)表 2 综合活塞力数据d 盖侧气体力(N) 轴侧气体力(N) 往复惯性 综合活塞力(N)(。) (m) I级 Ⅱ级 Ⅲ级 I级 Ⅱ级 Ⅲ级 力(N) I级 Ⅱ级 Ⅲ级0 0 -48846 -82l18 -72135 16819 33647 30045 32869 459.8 703.8 5l2.11 0.o0001 -48794 -82O43 -72074 16821 3365l 30O48 32862 459.8 703.8 5l2.12 O.0O003 -48639 -818l9 -71890 16827 33662 3OH058 32839 459.8 703.8 512.13 0.00007 -48381 -81448 -71585 16836 3368l 30075 32802 459.8 703.8 512.1359 0.00001 -48846 -82118 -72125 16819 33647 3OO45 32862 -459.8 -703.8 -512.1360 O -48846 -82118 -72125 16819 33647 30045 32869 -459.8 -703.8 -5l2.1 ， SySSo-xi(51排气过程中任意仪角时气体力盖侧气体力F F轴侧气体力 在Excel中，OL角取 l。的增量进行计算，具体计算数据见表 2。

2.3 往复惯性力的计算往复惯性力：Imsrw (cosoAcos20t)具体计算数据见表 2。

2.4 往复摩擦力的计算往复摩擦力fio.6( -1)60叼m2Sn向轴行程 ( 0。～180。)为正 ，向盖行程 (0/180。～360。)为负。具体计算数据见表 2。

2.5 综合活塞力的计算综合活塞力就是将各级气体力、往复惯性力和往复摩擦力叠加起来。 - - - - - ， .。

-、、 、 ≤：/./ 盖侧气体力 轴侧气体力 、 . ～ 往复惯体力。

- 往复摩擦力. - 综合活塞力图 3 I级综合活塞力图2012年 06期(总第 236期)FF F If具体计算数据见表2。用Excel画出的各级综合活塞力图如图 3～5所示。

3 法向力和切向力的计算首先利用公式 si Aslno求出不同o/角时对应自 ，再利用下列公式进行计算法向力R： sin( 十8). - 、 辐侧气体另- ，. 、 ～往复惯体力- . ， 、. - 往复摩擦力-，.- 、、- 绿否浩囊、 ，，，， ./ 、、～ //，. /j √图4 Ⅱ级综合活塞力图。

轴侧气体力- ～ - 往复惯体力- ， ，. - 往复摩擦力-/ 、、 - 综合活塞力≮ ～ -/ ： / / / //，： 、 /. √。

图 5 nl级综合活塞力图 表 3 切向力和法向力数据切向力(N) 法向力 )(o) B(。)I、Ⅲ列 Ⅳ歹Ⅱ Ⅱ列 IⅡ列 ⅢⅣ列 总切向力 I、m列 Ⅳ列 Ⅱ列O O O O 0 0 O 44227 1302 -14898 -87081 0.19999 28 -311 -l81 -l53 -282 42968 l348 -14823 -86492 0.39992 62 -612 -355 -293 -550 41729 1486 -14601 -84733 0.59974 lO8 -895 -515 -407 -788 40526 1713 -14234 -8180359 -0.19999 -8 342 2O4 196 344 45507 375 -16309 -9728360 O O 0 O 0 O 44227 383 -16305 -9723图 6 法向力图图7 I列与 列切向力图切向力图 8 Ⅲ列与lV列切向力图sin( )co900008000070000- 60000弓50000400003000020000100000图9总切向力图- 目 謇z 擎图 10 总切向力与幅度面积矢量图具体计算数据见表 3。用 Excel画出的各级法向力、切向力图，如图 6-9所示。

4 作总切向力和幅度面积矢量图在 Excel环境下的切向力曲线不能查阅各部分的面积从而绘制幅度面积矢量图，因此在 Excel软件环境下将曲柄转角O/与总切向力71数值转化为-对坐标值 ( ， 。从 ( ， 中选择所需要的坐标点在 AutoCAD软件中绘制总切向力曲线 ，然后打开面积查询功能 ，查取总切向力曲线各部分的面积，从而作出幅度面积矢量图，得到幅度面积，(下转第 78页)2012年06期(总第 236期)(ZZ故 障 分 析Fault hnal s果 ，也是不 可避免会产生 的， i因此必须每年清理-次。

6 预防措施及结论总之，若要延长空压机组的使用寿命，保障生产连续进行，就必须对机组作出有预见性的维修保养，做到防患于未然： (1)加强操作工人的责任心与岗位责任制，定期巡检，及时发现问题 ，及时报告并及 时解决 ，将故障消灭在萌芽状态 ，不允许带病运行，杜绝跑、冒、滴 、漏现象 ，每班做好工作记 录。

(2)定期保养 ，定期检修，及 ；时更换空气滤芯、油滤器、油气分离器芯及冷却油 ，定期吹扫清洗散热器 ，检查风扇 、皮带及风扇电机等，并做好检修记录。 (3)采用合格 的零 部件，尤其是冷却油，-定要采用有质量保证的油品。不同品牌的冷却油不能混加。 (4)不 i断改善作业条件及作业环境 ，尽量远离灰尘 、远离高温、远离污染、改善通风条件。

如遇突发性的包括高温在内的故障 (其它类型的故障请见其它相关文章)，也不要慌张，工程技术人员及维修工应本着由表及里、由此及彼、由外向内、由简到繁的原则 ， 望、闻、问、切”，借助仪器、仪表，准确判断出原因所在， 对症下药，手到病除”，切勿盲目乱拆，不但增加了劳动量 ，耽误了时间，还易伤及无辜的部件。

7 结语在工作中，我们可喜地看到有很多单位变废为宝，将空压机的副产品-热量充分利用 ，近-步实现了 低碳生产”。如某汽车 4s店将风冷散热器改成热交换器，产生的热水供职工浴池；某涂装厂将空压机吹出的热风引入职工休息室解决了冬季取暖问题；某纺织厂将空压机的热风引入车间以保持车间恒温等等。我们认为这是-个很好的发展方向，各单位均可因地置移，充分利用这部分能源，同时也为我们这些维修技术人员提出了-道新的课题，相信在这个课题里定会大有作为的。

需要说明的是：在螺杆式空压机已基本普及 的今天 ，我国到目前为止还没有发行-套有关螺杆式空压机使用、保养、维修等方面的系统性 、权威性书籍，生产厂家的说明书中对故障检修仅做了简单介绍，根本不能概括各个企业中的各种特点及 由此产生 的各种 问题 ，加之专业人员缺乏 ，因此关于螺杆式空压机的维修 、保养工作还非常的不完善 、不规范 。

(上接第 60页)并计算飞轮矩GD23600 mgnnr Afm39.32(Nm )-05 结论借助于Excel的公式、函数功能，利用解析法进行综合活塞力与切向力的计算及其曲线的绘制，可以将工程设计人员从繁杂的程序编制和数学运算中解放出来，而且操作简便，还可以提高机械设计 的效率和设计计算精度。更重要 的是利用Excel环境下的数据处理实现在二维环境下切向力曲线的绘制从而确定幅度面积以计算飞轮矩，进行飞轮的快速设计。如果利用 Excel表格中的单元格引用，当设计或操作条件改变时，只需要在相应的单元格中改变计算参数，与之相关的-系列78 l 瓣计算值、图表在Excel环境下会自动更新，因此在变工况条件下可以快速实现核算原设计的飞轮是否满足运行要求。由此可见将计算机技术应用于工程设计计算具有重要的意义。