采用MSC.ADAMS 軟件對一款汽車(chē)空調壓縮機進(jìn)行運動(dòng)

　　實(shí)際熱機中，有些過(guò)程工質(zhì)的狀態(tài)參數p、v、T 等都有顯著(zhù)的變化，與外界之間換熱量也不可忽略不計，這時(shí)它們不能簡(jiǎn)化為四種基本的熱力學(xué)過(guò)程(定容、定壓、定溫和絕熱)。試驗測定了一些過(guò)程中1kg 工質(zhì)的壓力p 和v 的關(guān)系，發(fā)現它們接近指數函數，用數學(xué)表達式描述即：p*vn=定值。該式即多變過(guò)程的過(guò)程方程式。n 為多變指數，它可以是負無(wú)窮到正無(wú)窮之間的任意數值。多變過(guò)程比前述幾種特殊過(guò)程更為一般化，但也并非任意的過(guò)程，它仍根據一定的規律變化：整個(gè)過(guò)程服從過(guò)程方程p*vN=定值，n 為某一定值。

　　實(shí)際過(guò)程往往更為復雜。譬如柴油機氣缸中的壓縮過(guò)程，開(kāi)始時(shí)工質(zhì)溫度低于缸壁溫度，邊吸熱邊壓縮而溫度升高，高于缸壁溫度后則邊壓縮邊放熱，整個(gè)過(guò)程n 大約從1.6 變化到1.2 左右;至于膨脹過(guò)程，由于存在后燃及高溫時(shí)被離解氣體的復合放熱現象，情況更為復雜，其散熱規律的研究已不屬于熱力學(xué)的范圍。對于多變指數n 式變化的實(shí)際過(guò)程，若n 的變化范圍不大，則可用一個(gè)不變的平均值近似地代替實(shí)際變化地n;若n 地變化較大，則可將實(shí)際過(guò)程分成數段，每一段都近似為n 值不變。

　　本課題中，由于n 值的變化范圍不大，根據以往實(shí)際工況和以往經(jīng)驗，選取n=1.3。

　　如圖3 所示，壓縮和膨脹為多變過(guò)程，多變指數n=1.3。膨脹結束點(diǎn)A 的壓力應小于吸氣壓力Ps，壓縮結束點(diǎn)B 的壓力應大于排氣壓力Pd，但考慮影響有限，故膨脹結束點(diǎn)A 的壓力=Ps，壓縮結束點(diǎn)B 的壓力=Pd。

　　圖 3 壓縮機整個(gè)行程中的P-V 關(guān)系

　　4.4.4 活塞頂部壓力在運動(dòng)分析中的體現：

　　4.4.4.1 MSC.ADAMS 中IF 函數的定義

　　IF(expr1：expr2，expr3，expr4)

　　式中，expr1 為控制變量，expr2，expr3 和expr4 均為表達式。

　　函數F=IF(expr1：expr2，expr3，expr4)的含義為：

　　4.4.4.2 在本課題中IF 語(yǔ)句算法

　　圖4 所示為本課題中壓縮機活塞端面受力IF 語(yǔ)句算法。先由活塞的速度方向(大于零/小于零)，判斷活塞運動(dòng)處于吸氣/膨脹狀態(tài)，還是壓縮/排氣狀態(tài)，再根據活塞質(zhì)心位置與膨脹結束點(diǎn)的關(guān)系確定是吸氣狀態(tài)還是膨脹狀態(tài);根據活塞質(zhì)心位置與壓縮結束點(diǎn)關(guān)系確定是壓縮狀態(tài)還是排氣狀態(tài)。

　　圖4 活塞端面受力IF 語(yǔ)句算法

　　程序框圖如圖5 所示：

　　圖5 活塞端面受力IF 語(yǔ)句程序框圖

　　4.4.4.3 If 語(yǔ)句公式

　　將在UG 中建好的模型導入ADAMS 后，根據實(shí)際情況施加所需的運動(dòng)約束。設定End Time = 10，step = 100，進(jìn)行初步動(dòng)態(tài)運行，測量所得數據。根據上述數據經(jīng)過(guò)計算，得出在三種不同工況下，活塞的排氣點(diǎn)d1，吸氣點(diǎn)d2 的位置，如表5 所示。

　　表5 壓縮機活塞行程參數(2)

　　以活塞3 在工況900rps 下端面受力為例：吸氣壓力Ps=0.358MPa, 排氣壓力Pd=2.97MPa, 排氣起始點(diǎn)位置d1=-80.9924, 吸氣起始點(diǎn)位置d2=-83.9607,活塞平均下止點(diǎn)位置d3=-85.1881, 活塞表面積S=897.2703, 活塞平均行程L=22.5889,余隙C=0.3,多變系數n=1.3。

　　900r/min：

　　Piston_3 氣體方程：

　　IF( VZ(piston3.cm):

　　IF(.5H11G.cm_dis3+80.9924:897.2703*2.97,897.2703*2.97,897.2703*0.358*((22.5889+0.3)/( .5H11G.cm_dis3+85.1881+0.3))**1.3),

　　IF(.5H11G.cm_dis3+80.9924:897.2703* 0.358, 897.2703*2.97, 897.2703 *2.97),

　　IF(.5H11G.cm_dis3+83.9607:897.2703*2.97*(0.3/(.5H11G.cm_dis3+85.1881+0.3))**1.3, 897.2703*0.358, 897.2703*0.358)

　　)

　　在模型上施加運動(dòng)學(xué)約束以及力約束后，進(jìn)行900rps 的運動(dòng)仿真，以活塞3 為例，摘取其位移、速度、加速度與受力的曲線(xiàn)圖，根據先前算出的d1、d2 位置，判定活塞在整個(gè)行程中的四個(gè)階段的狀態(tài)。一個(gè)周期內壓縮機進(jìn)行膨脹——吸氣——壓縮——排氣為一次完整循環(huán)。狀態(tài)判定結果如圖6 所示。

　　圖6 位移、速度、加速度與受力的曲線(xiàn)圖