Структурный анализ механизма поршневого компрессора

Техническое задание

 

 

 

;

;

;

.

Введение

Компрессор - устройство для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением. Область применения компрессорной техники - технологические процессы химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, газовой, металлургической, пищевой промышленности и ряде других отраслей. По принципу действия и основным конструктивным особенностям различают компрессоры:

─ Поршневые;

─ Ротационные;

─ Центробежные;

─ Осевые;

─ Струйные;

─ Мембранные.

Поршневой компрессор в основном состоит из рабочего цилиндра и поршня; имеет всасывающий и нагнетательный клапаны, расположенные обычно в крышке цилиндра. Для сообщения поршню возвратно-поступательного движения в большинстве поршневых компрессоров имеется кривошипно-шатунный механизм с коленчатым валом, который получает вращательное движение от электродвигателя. Поршневые компрессоры бывают одно- и многоцилиндровые, с вертикальным, горизонтальным, V- или W-oбразным и другим расположением цилиндров, одинарного и двойного действия (когда поршень работает обеими сторонами), а также одноступенчатого или многоступенчатого сжатия. Работает он следующим образом:

1. Открывается всасывающий клапан.

2. Поршень, создавая разрежение, движется вниз. Газообразный хладагент с низким давлением и температурой всасывается в компрессор.

.   После заполнения камеры компрессора всасывающий клапан закрывается. Поршень движется вверх, сжимая газ.

.   Открывается нагнетательный клапан и газ под большим давлением (до 25 атм.) и температурой (до 90˚С) устремляется в конденсатор. После этого нагнетательный клапан закрывается и цикл повторяется.

Поршневые компрессоры предназначены для химической промышленности, холодильных установок, питания пневматических систем, гаражного хозяйства Компрессоры могут эксплуатироваться в составе стационарных или передвижных машин или установок. Соответственно этому различают стационарные, передвижные, переносные, прицепные, самоходные, транспортные (авиационные, автомобильные, судовые, железнодорожные) компрессоры.

 

Структурный анализ механизма поршневого компрессора

 

1. Механизм состоит из следующих звеньев (рис. 1):

─ кривошипа OA, ОС

─ шатунов AB, CD;

─ ползунов F, E;

Положение точек и звеньев механизма определяется углом поворота  ведущего звена - кривошипа АС. Частота вращения ведущего звена .

 

 

2. В данном механизме нет сложных шарниров и разнесенных кинематических пар (КП).

3. Классификация КП:

№ п/п	Номера звеньев, образующих пару	Условное обозначение	Название	Подвижность	Высшая	Замыкание (геометрическое, силовое)	Открытая
					Низшая		Закрытая
1	0-1	вращательная.	1	Н	Г	З
2	1-2	вращательная	1	Н	Г	З
3	2-3	вращательная	1	Н	Г	З
4	3-0	поступательная	1	Н	Г	З
5	1-4	вращательная	1	Н	Г	З
6	4-5	вращательная	1	Н	Г	З
7	5-0	поступательная	1	Н	Г	З

4. Классификация звеньев механизма:

 

№ п/п	Номер звена	Условное обозначение	Название	Движение	Число вершин, t
1	0	Стойка (0)	Отсутствует	-
2	1	Кривошип (1)Вращательное4
3	2, 4, 6	Шатун (2, 4)	Плоскопараллельное	2
4	3, 5, 7	Ползун (3, 5)	Поступательное	2

 

Все звенья механизма являются твердыми (жесткими) и простыми. Механизм имеет: четыре ( ) двухвершинных ( ) звена и одно ( ) трёх вершинное ( ) звено. Всего пять подвижных звеньев ( ). Звено 1 (кривошип) является базовым ( ).

.   Механизм поршневого компрессора имеет три ( ) присоединения к стойке.

.   В исследуемом сложном механизме можно выделить один элементарный механизм (кривошип):

 

 

Механизмов с разомкнутыми кинематическими цепями в исследуемом механизме нет.

7. Механизм имеет в своем составе только простые стационарные механизмы.

8. В исследуемом сложном механизме звеньев закрепления и присоединения нет.

.   Исследуемый механизм имеет постоянную структуру, является сложным и однотипным. Он состоит из одного элементарного механизма, к которому присоединены четыре структурные группы (ступени). И имеет в своем составе только замкнутые кинематические цепи.

10. Определяем подвижность механизма поршневого компрессора. Анализ движений звеньев механизма и элементов кинематических пар показывает, что сложный механизм существуют в трехподвижном пространстве ( ), в котором разрешены следующие простейшие независимые движения: два поступательных  и вдоль соответствующих осей и одно вращательное  вокруг оси Z. Формулы определения подвижности механизма имеют вид:

 

    (1)

    (2)

(3)

 

Этот механизм имеет: пять ( ) подвижных звеньев, семь одноподвижных кинематических пар ( ). Тогда его подвижность будет равна:

11. Так как в механизме компрессора нет механизмов с незамкнутыми кинематическими цепями, то нет и необходимости определять их подвижность.

12. Проводим анализ структурной модели механизма компрессора. Проверяем, соответствует ли исследуемый механизм структурной математической модели. Механизм имеет: семь одноподвижных ( ) кинематических пар; пять подвижных звеньев ( ), из них четыре ( ) двухвершинных ( ), одно ( ) базовое ( ) трёхвершинное ( ); три присоединения к стойке ( ).

Подставив эти исходные данные в структурную математическую модель, получим:

 

 

(4)

(5)

 

Так как уравнения модели превратились в тождества, то исследуемое устройство имеет правильную структуру и является механизмом.

13. Выделяем механизм I класса. В соответствии с классификацией И.И. Артоболевского механизм I класса для исследуемого механизма совпадает с элементарным механизмом.

14. Выделяем структурные группы Ассура. В механизме поршневого компрессора можно выделить две одинаковых структурных группы:

 

 

Данная структурная группа имеет: два подвижных звена ( ), причем все звенья двухвершинные ( ) и, значит, базовое звено имеет две вершины ( ); три одноподвижные ( ) кинематические пары, из которых две внешние ( ).

15. Проверяем, соответствует ли выделенная структурная группа ее математической модели. Подставив в структурную модель группы ее исходные данные, получим:

 

 

   (6)

(7)

 

Анализ полученных выражений показывает, что данная кинематическая цепь являются структурной группой Ассура.

16. Проверяем, не распадается ли выделенная структурная группа на более простые. Видно, что выделенная структурная группа является самой простой для трехподвижного пространства, в котором существует исследуемый механизм, и, значит, она не может иметь в своем составе другие более простые группы Ассура.

17. Проводим классификацию структурных групп по И.И. Артоболевскому.

 

Классификация структурных групп

№ п/п	Структурная схема	Номера звеньев, образующих группу	Класс, порядок, вид
1	0-1	Механизм, I класс
2	2-3	II класс, 2 порядок, 2 вид
3		4-5	II класс, 2 порядок, 2 вид

 

18. Определяем класс сложного механизма поршневого компрессора. Механизм относится ко II классу.