气动系统效率低下讨论MicrosoftWord文档

1、 气压传动与控制讨论课题目：气动系统效率分析 学院（系）： 机械工程学院 年级专业： 11级卓越（机控）班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 气压传动系统效率分析冯国峰摘 要:气压传动系统由于其工作介质环保 ,使用越来越广泛。但由于气动系统效率低 ,阻碍了它在更广的领域的应用。本文通过对气压传动系统的整个工况的分析 ,指出了气动系统效率低的原因。 关键词:气压传动系统 能量损耗 效率2010年底中国首次明确确定节能目标：十二五期间GDP能耗削减20。为实现这个目标，各个产业都将需要对现有的能耗进行调查，着手实施切实可行的节能方案，有计划有步骤地减少能源消耗。以此为背景，在工业生产中占据工厂总耗

2、电量10-20的气动系统在中国将不可避免地会成为节能讨论的对象。气动系统效率偏低浪费严重等问题也引起了人们的关注。气动系统的效率和能量损失从效率角度来看, 气动系统要比液压系统和电气系统效率低很多。1988年时电气系统效率为80%, 液压系统效率为40%, 而气动系统的效率仅为20%。并估计将来能够达到的可能值是电气系统为90%, 液压系统为75%, 气动系统为40%。从这个结果可以看出气动系统在效率方面来说是较差的。 图1 电气、液压与气动系统效率的对比气动系统的效率较低, 原因包括气体损失和能量损失：气体损失包括泄漏和系统末端排出高压气体，泄漏的主要原因是由于气体的粘性低，产生的气体泄漏就

3、很大，其主要存在于管道中；第二个原因就是能量损失较大。气动系统中的能量损失实质上是气动动力的损失。因此，有必要分析导致气动动力损失的因素。气动动力的有效能实质也是热力学中的有效能，其损失将遵守热力学中有效能的损失法则。这个法则就是热力学第二定律。根据这个法则，不可逆变化将导致有效能减少。因此，不可逆变化将导致气动动力损失。气动系统中的不可逆变化大致可区分为机械不可逆变化和热不可逆变化。具体为：(1)机械不可逆变化 A)外部摩擦：空气在管路中流动时，与管路内壁发生摩擦产生抵抗。空气流经管路的压力损失就是这部分摩擦引起的。 B)内部因素：空气在管路中流动时，空气分子之间的粘性摩擦力尽管可以不计，但

4、流动为紊流时起的损失却无法忽略。压缩空气流经接头或节流孔时产生的损失主要就是由这部分因素造成的。(2)热不可逆变化 A)外部热交换：气动系统中空气温度随着压缩或膨胀极易变化，因而与外界的热交换较多。气动系统中热交换量最大的地方就是空气被压缩后从压缩机输出后的冷却处理。另外，容器的充放气以及空气流经节流孔后的温度恢复过程等处都存在热交换。B)内部因素：对容器充气是把高压空气充入到低压空气中的过程，相当于内部混合。这样的混合是不可逆的，所以也将导致有效能的损失。考虑气动系统的能量损失, 要从空气压缩机开始直到气动执行元件做功为止。空气压缩机所消耗的电能为总能量, 这些能量被转换成压缩空气的做功能力

5、, 这个过程中的效率就是压缩机的效率。压缩机输出的空气温度较高, 需要用冷却器进行冷却, 但同时也使压缩空气的内能降低, 实际上就是从压缩空气中释放出一部分能量而没有做任何有用功。压缩空气经冷却后进入气罐, 然后经净化和减压通过管路输送给各种用气设备。在管路部分里, 能量的损失主要是由于管路的阻尼和泄漏, 以及减压引起的损失。气缸驱动系统的效率仅为6，损失情况如下：电机4，压缩机40， 配管5，控制装置30，摩擦2，热力学损失一13。图2 气动系统损情况(1)气源压缩机环节 工业电机效率通常在80-96，功率小的电机效率可能还会再低一些。电机轴将动力输出给压缩装置后，冷却不足、气体泄漏、机械摩

6、擦将导致20-40的损失。(2)管道输送环节 管道输送环节的损失由两部分构成：管道压力损失和泄漏。管道内及管接头处的压力损失可参照流体力学教材进行计算。工厂设备不工作，供气管道中仍有流量时，说明供气管道或设备回路存在泄漏。尽管安装时的泄漏标准大多低于5但很多工厂的管道和设备回路的泄漏量实际高达10-40。这些泄漏主要发生在接头，气缸和电磁阀等处。(3)驱动机器环节对外做功和用于节流速度控制的能量消耗约占到60，剩下的40主要是排气损失。另外，气缸的出口和入口节流速度控制回路中的速度控制是要消耗能量的。图3 气动系统的能量损失由以上分析可知，气动系统效率低下，主要是由其的本身特性引起的，主要是以下两点：气体的粘性较低导致泄漏较多和摩擦消耗与气体的可压缩性导致的放热等。气动系统由于其工作介质环保 ,因此在工况中的使用越来越广泛。但在常用的几种传动方式中 ,气压传动较电气传动、液压传动和机械传动 ,其传动效率较低。因此在气压传动中若能将节能措施落到实处 ,气压传动效率不仅得到较大的提高同时使用会更普遍。气动系统实现节能包括了众多知识的交叉融合与理研究 ,而其中最重要的就是分析清楚气动系统的能量损失在何处，是什么原因引起的，知道这些最基础的最重