基于MATLAB环境下的压缩机动力计算与分析

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MATLAB工程计算系统集数值计算、符号计算和图形可视化功能于-体，功能庞大，包含众多学科，应用领域广泛。尤其是强大的图形处理功能、优异的数值计算能力和卓越的数据可视化能力，使其脱颖而出成为工程界理论分析、设计计算 、实验研究所必须掌握的技术工具之-。本文针对活塞压缩机动力计算，利用 MATLAB计算和分析压缩机中的气体力、惯性力、综合活塞力、切向力等，并利用其图形功能，方便、直观、准确地绘制综合活塞力、切向力图及计算飞轮矩等全部计算任务 ，有利于提高其计算效率和精确度，为压缩机设计中方案对比、优化设计提供必要的依据。

2 主要计算步骤压缩机动力计算的主要目的：-是求得施加收稿 日期 ：2012-06-1126 瓣 翘帅在各零部件上的作用力，及其随曲轴转角的变化规律，为结构设计和强度校核提供依据；二是确定压缩机所需的飞轮矩。根据计算 内容 ，利用MATLAB丰富的函数功能、强大的科学计算功能和绘图功能可直接用解析的方法 ，来优化繁琐的计算工作，既可提高计算的精确性，同时可将计算结果图形化，克服和避免图解法带来的作图积累和转换误差 。MATLAB编程计算的主要步骤参见图 1所示。求位移 、惯性力采用精确计算式 ，求平均切向力及幅度面积时 ，采用数值积分以确保计算精度。

3 气体力计算及指示图绘制为保证足够计算精度 ，计算时选择 曲柄转角每 1。为-个计算点。-般情况下 ，从计算和绘制指示图开始。若没有特别要求，也可省略指示图的绘制，直接从绘制列的综合活塞力图计算开始。

考虑到不宜使计算模型过于复杂，对吸、排气过2012年O6期(总第 236期)使：rAc e & Maif t∞a记-，r程以实际循环中平均吸、排气压力的直线代替，压缩过程线从 内止点 、膨胀过程线从外止点起始点，采取微段递推。根据计算结果插值确定膨胀、压缩过程终了点。

盖侧活塞位移X r(1-cosO)[r/(r/!)][2-(1-(r/1)2sirl20i)z]轴侧活塞位移Xi2r-Xi根据过程方程式及考虑实际气体的性质导出递推公式膨胀过程8p (S。 j))m/[(五 )/2五]压缩过程尸ip ((SoS)/(S。 i) [(五 )/2五)]当压缩气体可视为理想气体时ZaZalS0Ls×式中 -相对余隙容积图 1 计算流程图4 综合活塞力计算及综合活塞力图每列的往复惯性力和往复摩擦力可直接计算并将计算结果曲线绘在列的综合活塞力图上。按受力的符号约定将盖侧、轴侧气体力的计算结果曲线分别绘在列的综合活塞力图上。按步长为 1。，进行叠加。分别求出列的综合活塞力并绘出曲线。

(1)往复惯性力计算往复惯性力采用对位移二次求导的精确公式 2012年06期(总第236期)图 2 I级气体 力指示图m cos (1/ 1)CO S20丽A2 sin4-0×1(2)往复摩擦力计算Eo.65(1-rl )Nil2snl式中 Ⅳi-该列总指示功率，kW(3)综合活塞力计算公式P∑YpV5 切向力、法向力计算及总切向力合成根据每列的综合活塞力分别计算列的切向力、法向力并绘制列的切向力图、法向力图，然后按旋转方向进行总切向力合成。对于总切向力曲线仍然根据合成的原则，各列切向力按同-瞬时对应叠加。叠加后的切向力曲线对应步长加上旋转摩擦力。对求得的总切向力曲线 ，采用数值积分方法求平均切向力 ，求得的结果与热力计算的轴功率求柔果进行比较，相对误差≤3%。

(1)连杆力计算公式ptpd[1-A sin20](2)切向力计算公式Tp sinO[1-A sin20] A/2sin20(3)法向力计算公式Rp cosO[1-A sin20]/：-Asin20(4)旋转摩擦力计算公式：0.35 N(1/r/m-1)x60订 //.，S(5)平均切向力计算公式360 z，'i-t 1 J (Td0)/2v (T，Ti1)/2/360 rvice & M mtcmn1-，r性地采取相应的预防策略。

3 往复压缩机检维修策略的制定RCM评估的最终目的是实现检维修策略的制定，以清楚地告诉用户往复压缩机或其部件高、中风险部件对应的故障模式是什么，帮助用户把有限的资源重点集中到高 中风险部件 的维护上 ，使维修活动和资源能得到更合理地利用。

RCM从预防性维修、预测性维修、故障查找和-次性变更4个方面进行维修决策的分析。其中预防性维修主要针对往复式压缩机部件的平均故障间隔时间 (MTBF)来制定相应的定期维护任务，可应用威布尔寿命分布模型等方法实现；预测性维修是根据往复压缩机部件在线或离线采集的各种可能影响故障的数据综合预测其发生发展的情况，以此制定维修的间隔期，可应用神经网络等方法进行状态预测；-次性变更则以故障频发部件为基础综合分析维修费用和重新选型设计费用哪个更经济划算，以确定是否须执行变更任务；故障查找是通过定期检查或隐蔽功能的测试来评判故障发生的情况，以避免同-设备发生多种故障 [61。

4 结论根据 RCM评估方案实现了往复压缩机部件重要度的确定，同时完成了高、中风险部件检维修策略的制定 。另外 ，可结合相关的数学模型进行RCM维修任务的优化研究，通过寻找已知状态数据的规律来预测部件故障趋势的发展情况，实现了部件剩余寿命的预测，为维修决策的制定提供了定量化的参考，有助于企业形成现代化的维修管理体系。