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氣動執行器空氣消耗量的測量

2022

04/12 16:20:15
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氣動執行器空氣消耗量的測量

 在氣動實驗系統中,采用先儲氣后供氣的方式:先啟動壓縮機向儲氣罐中充氣,待壓縮空氣達到一定壓力后停止壓縮機,由儲氣罐對外供氣。
 氣動執行器的空氣消耗量測量流程:打開截止閥,向儲氣罐中充滿0.75MPa的壓縮空氣;關閉截止閥,讀取儲氣罐的壓力,檢查是否壓力下降,以防空氣泄露;設定減壓閥的壓力為0.5MPa,氣動執行器往復動作20次;讀取儲氣罐的最終壓力,結束測量。
 系統中壓縮空氣消耗是一個固定容腔充放氣的過程,可利用差壓法來計算壓縮空氣的消耗量。
 將理想氣體狀態方程兩邊取微分得
  理想氣體狀態方程
 式中p為壓力(Pa);V為氣罐和管路的所有容積(m3);m為壓縮空氣的質量(kg);T為室溫(K);R為氣體常數,對空氣R=287N.m/(kg.K)。
 式中Qm為質量流量(kg/s);Q為體積流量(m3/s);Q0為標準狀況下空氣的密度。
 聯立式(1)~式(3)得流量計算公式:
 式中V'為氣動執行器的空氣消耗量(m3);p1為氣罐的初始壓力(Pa);p2為氣罐的最終壓力(Pa)。
 氣動執行器單次往復的空氣消耗量平均值可通過V'除以作動次數n計算出來。
  氣動執行器的運行能耗計算模型
 設空壓機組(含冷干機)的實際運行功率為Pc(W),空壓機組的輸出流量為Qc(m3/s),則空壓機組的比能量為氣動執行器的運行能耗計算模型則氣動執行器每次往復作動耗氣折算成壓縮機的能耗W和平均消耗功率P為
  氣動執行器的運行能耗計算模式中:B為空氣泄漏率; f為執行器往復作動頻率。
  運行能耗評價標準
 1)以兩種執行器在相同工況下工作時的耗電量作為評價基準;
 2)承載能力要求相同或相近;
 3)水平方向搬運工件時,在相同頻率下測量搬運相同的工件移動相同位移、末端位置保持相同時間往復一次的能耗
 4)垂直方向搬運工件時,由于工件借助自身重力的影響會向下運動,在相同頻率下測量向上提升相同工件、移動相同位移、末端位置保持一定時間、向下放回工件的能耗。
  氣動執行器
  氣動執行器運行能耗實驗系統
 1)實驗條件。壓縮機采用型號為Kobelion-AG370AH的神鋼壓縮機。軸功率22.5kW,額定排氣量3.2m3/min;儲氣罐為SMC的兩個10L氣罐;電磁閥選用SMC的SY5120;壓力傳感器采用日本長野計器的KH15-824;可編程控制器選用OMRON的CPM2A;室溫為30 ℃ 。
 2)負荷以及作動條件。氣動執行器的實驗內容有水平搬運和垂直搬運。其負載和作動條件如表1~表3所示。
  表1 氣動執行器的試樣與負荷
  氣動執行器的試樣與負荷
 注:水平搬運負荷率為100%,垂直搬運負荷率50%(p=0.5 MPa)
  氣動執行器垂直作動條件
 3)實驗數據。V'-f曲線如圖4。從圖中可以看出,V'幾乎不依賴于f,近似成直線狀。但有時有大的傾斜,這是因為f過高,未到達執行器末端就返回,造成Vc減少的緣故。
  氣動執行器V'-f曲線氣動執行器V'-f曲線
 4)實驗結果分析。以氣動執行器B為例,在水平方向f為15次/min時B往復作動一次V'為2.1957dm3。由理性氣體狀態方程得理性氣體狀態方程
 通過計算,氣動執行器B在P1=0.6013MPa時的空氣消耗量為0.3776dm3,其中往復容積0.2944dm3,管路容積為0.05024dm3,電磁閥容積0.004609dm3,死區容積為0.02840dm3。
 5)氣動執行器的能量消耗。利用(6)式得氣動執行器的能量消耗
 當B取5%,f為15次/min,利用式(7)、式(8)得氣動執行器每一次往復平均能耗和平均消耗功率為往復平均能耗和平均消耗功率 電動執行器 電動執行器運行能耗實驗系統如圖5所示。
 氣動執行器空氣消耗量的測量
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