【摘要】：以高壓空氣作為工作介質(zhì)的高壓氣動(dòng)系統(tǒng)因其獨(dú)有的功率密度高、瞬間膨脹性大、爆發(fā) 力強(qiáng)、溫度適應(yīng)范圍廣等特性而在航天航空、武器裝備和氣動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域中得到應(yīng)用,但目 前對(duì)高壓氣動(dòng)系統(tǒng)的元件和控制系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)、深入研究的卻很少。高壓或超高壓壓縮空氣 是氣動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力源,從高壓氣源到低壓尾氣,是高壓氣體的能量轉(zhuǎn)換和利用過(guò)程,是氣動(dòng) 汽車(chē)將壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能的過(guò)程。本文以國(guó)家自然科學(xué)基金—福特基金資助項(xiàng)目“氣動(dòng)汽車(chē) 發(fā)動(dòng)機(jī)探索性研究”為依托,以高壓氣動(dòng)系統(tǒng)在氣動(dòng)汽車(chē)上的應(yīng)用為背景,詳細(xì)分析了高壓 氣動(dòng)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換和利用特性,系統(tǒng)、深入地研究了高壓氣動(dòng)系統(tǒng)的減壓機(jī)理和控制方法, 為氣動(dòng)汽車(chē)能量轉(zhuǎn)換、利用和控制以及動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),這對(duì)高 壓氣動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。論文的主要內(nèi)容如下: 第一章綜述了氣動(dòng)技術(shù)和高壓氣動(dòng)系統(tǒng)及元件的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì);闡述了研究和開(kāi) 發(fā)氣動(dòng)汽車(chē)的目的和意義;概括了本文的主要研究?jī)?nèi)容。 第二章對(duì)高壓氣動(dòng)容積減壓的新概念進(jìn)行了定義;利用熱力學(xué)的能分析法和(火用)分析法,推 導(dǎo)出了對(duì)應(yīng)節(jié)流減壓和容積減壓的能量特性方程和(火用)損失表達(dá)式,為減壓過(guò)程中能量計(jì)算提供 了有效工具;計(jì)算表明高壓氣動(dòng)采用容積減壓方式比節(jié)流減壓方式有明顯的節(jié)能效果。分析 了定容充分吸熱補(bǔ)償分級(jí)減壓和定壓充分吸熱補(bǔ)償分級(jí)減壓的能量特性;得出分級(jí)減壓級(jí)數(shù) 越多,能量利用率越高的結(jié)論。 第三章研究了高壓氣體容積減壓系統(tǒng)的關(guān)鍵控制元件——高壓大流量氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥;詳細(xì) 介紹了高壓大流量氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和工作原理。提出對(duì)高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的開(kāi)啟和 關(guān)閉操作過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)研究的細(xì)分理論:以定容積過(guò)程和變?nèi)莘e過(guò)程為單元,以控制腔轉(zhuǎn)折 點(diǎn)氣體壓力為標(biāo)志,將主閥開(kāi)啟和關(guān)閉過(guò)程細(xì)分為定容積、變?nèi)莘e和余隙容積三個(gè)不同的放 氣和充氣過(guò)程,并對(duì)每一分過(guò)程單獨(dú)建模,再通過(guò)標(biāo)志點(diǎn)壓力將整個(gè)過(guò)程聯(lián)系成整體來(lái)進(jìn)行 研究。根據(jù)細(xì)分理論建立了反映高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的工作機(jī)理的數(shù)學(xué)模型和仿真模型,研究了 高壓大流量氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的動(dòng)態(tài)特性;得出了主閥芯的幾何參數(shù)是影響高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥動(dòng)態(tài)特 性的主要因素。為高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥的設(shè)計(jì)提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。 第四章詳細(xì)介紹了高壓氣動(dòng)容積減壓系統(tǒng)的組成及工作原理;通過(guò)機(jī)理分析方法建立了 高壓氣動(dòng)容積減壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。仿真研究結(jié)果表明:Bang-Bang控制方法簡(jiǎn)單可靠,壓力 控制調(diào)節(jié)范圍大;PID控制方法在一定壓力控制范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)所需的控制精度;預(yù)測(cè)PID控 制方法控制精度較高;Fuzzy控制方法具有和PID控制基本相同的控制效果,但比常規(guī)PID控 制的應(yīng)用范圍要大。研究了高壓氣動(dòng)分級(jí)減壓方法,指出分級(jí)減壓的末級(jí)輸出壓力穩(wěn)定性比
【圖文】：

}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}膨膨膨膨脹腔腔液氮真空罐圖1一3美國(guó)華盛頓大學(xué)研制的液氮?dú)怏w發(fā)動(dòng)機(jī)原理圖國(guó)外已有壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)明專(zhuān)利，它是直接用壓縮空氣作動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輸出軸做功，可以應(yīng)用于飛機(jī)、汽車(chē)和艦船等移動(dòng)設(shè)備上183】。法國(guó)MDI公司于1998年推出了第一臺(tái)壓縮空氣動(dòng)力汽車(chē)(A-riP0weerdvehicleee-APv)樣車(chē)1841。該公司設(shè)計(jì)的名為“ToP”(T白xlez心Pollution)的壓縮空氣動(dòng)力出租車(chē)的外形及主要部件如圖1一4和圖1一5所示。該型號(hào)汽車(chē)儲(chǔ)存體積.03m，、壓力30Mpa的壓縮空氣作為動(dòng)力源，預(yù)計(jì)可以行駛Zookm，最大時(shí)速達(dá)1ookmh/。MDI公司的氣動(dòng)汽車(chē)已計(jì)劃在法國(guó)的巴黎，意大利的威尼斯，，南非的約翰內(nèi)斯堡

舀....:‘舀....圖6一1高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥控制腔動(dòng)態(tài)壓力測(cè)試原理圖1.高壓氣源.2壓力表3.高壓截止閥4.高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥5.緩沖罐.6截止閥7.消聲器.8動(dòng)態(tài)壓力傳感器9.電荷放大器匕匕」」圖6一2高壓氣動(dòng)容積減壓控制系統(tǒng)組成1.高壓氣源2.高壓壓力傳感器及顯示儀表3.高壓截止閥4.高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥5.減壓容器入口壓力傳感器及儀表.6控制器.7容積減壓容器.8減壓容器出口壓力傳感器及儀表9.高壓氣體流量傳感器1.0低壓截止閥11.測(cè)功機(jī)12.消聲器擴(kuò)展容積減壓實(shí)驗(yàn)臺(tái)為分級(jí)(二級(jí))減壓試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行高壓氣動(dòng)系統(tǒng)的分級(jí)減壓控制實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比一級(jí)減壓控制與二級(jí)減壓控制之間的特性;檢驗(yàn)所用控制方法的實(shí)用性和可靠性。實(shí)驗(yàn)原理如圖6一3所示。圖6一3高壓氣動(dòng)分級(jí)減壓控制系統(tǒng)組成1.高壓氣源2.高壓壓力傳感器及顯示儀表3.高壓截止閥.4一級(jí)高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥5一級(jí)減壓入口壓力傳感器及顯示儀表6.數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng).7一級(jí)減壓容器.8一級(jí)減壓出口壓力傳感器及顯示儀表.9二級(jí)高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥10.二級(jí)減壓入口壓力傳感器及顯示儀表11.二級(jí)減壓容器1.2二級(jí)減壓出口壓力傳感器及顯示儀表13.高壓氣體流量傳感器14.低壓截止閥15.消聲器(4)高壓氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置的研制開(kāi)發(fā)根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求，研制開(kāi)發(fā)了高壓氣動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置，系統(tǒng)實(shí)際組成如圖6一4所示，系統(tǒng)中應(yīng)用的主要設(shè)備、儀表和元件由表6一1列出。72
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2003
【分類(lèi)號(hào)】：TH138

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

1 賈光政,王宣銀,吳根茂,陶國(guó)良,陳鷹;高壓氣動(dòng)容積減壓分級(jí)控制原理與特性[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2005年10期

2 賈光政;王蘢蘢;耿進(jìn)財(cái);付永領(lǐng);;高壓氣動(dòng)開(kāi)關(guān)閥動(dòng)態(tài)特性仿真分析[J];化工自動(dòng)化及儀表;2013年05期

3 方清華;劉昊;陳鷹;陶國(guó)良;;壓縮空氣/燃油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程可用能分析[J];中國(guó)機(jī)械工程;2008年16期

4 張遠(yuǎn)深;宋有明;馬忠孝;周宣;牛雪虹;;高壓氣動(dòng)減壓閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與特性分析[J];新技術(shù)新工藝;2013年06期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前6條

1 聶相虹;氣動(dòng)/燃油混合動(dòng)力能量回收利用研究[D];浙江大學(xué);2010年

2 陳平錄;氣動(dòng)燃油混合動(dòng)力車(chē)混合效能分析及其電控氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的研究[D];浙江大學(xué);2010年

3 胡軍強(qiáng);氣動(dòng)—柴油混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程研究[D];浙江大學(xué);2009年

4 徐志鵬;高壓氣動(dòng)比例減壓閥的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與特性研究[D];浙江大學(xué);2010年

5 羅語(yǔ)溪;高壓氣動(dòng)真實(shí)氣體效應(yīng)與減壓系統(tǒng)基礎(chǔ)理論及實(shí)驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2011年

6 劉林;氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作過(guò)程和關(guān)鍵零部件優(yōu)化研究[D];浙江大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張利成;氣動(dòng)減壓閥流量特性的仿真研究[D];大連海事大學(xué);2011年

2 黃輝云;基于轉(zhuǎn)換效率的旋轉(zhuǎn)式氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)研究[D];華南理工大學(xué);2011年

3 曹洋;水介質(zhì)電磁閥測(cè)試系統(tǒng)的研究[D];東北大學(xué);2009年

4 顧輝;氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能研究[D];南京理工大學(xué);2012年

5 凌齊;快速定位開(kāi)關(guān)閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與控制研究[D];南京理工大學(xué);2012年

6 劉瓊;內(nèi)外爆氣控閥的研究[D];浙江大學(xué);2012年

7 丁衛(wèi)華;氣動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)能效分析[D];浙江大學(xué);2006年

8 王斌;電控噴射式壓縮空氣發(fā)動(dòng)機(jī)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2007年

9 周立林;新型機(jī)車(chē)制動(dòng)控制單元的研制[D];中南大學(xué);2007年

10 韓二鋒;氣動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)準(zhǔn)等溫膨脹實(shí)現(xiàn)途徑的研究[D];浙江大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2622732