党国栋， 吴 伟， 马广志

(西安石油大学 机械工程学院，陕西 西安 710065)

0 引 言

往复式压缩机是重工业领域的重要设备之一，经过长期使用后发现，往复式压缩机最常见的故障零部件有气阀、活塞环、填料函以及一些联接件的摩擦副等。往复式压缩机的运动部件主要是曲柄连杆机构，曲柄在外力的驱动下做旋转运动，并由连杆摆动带动活塞运动从而实现对于气体的压缩，因此，曲柄的运动规律可以反映其他主要构件的运动规律。可以通过模拟来确定是否存在构件间的运动冲突，活塞速度是否合乎要求，故进行运动模拟分析和受力校验是形成实际机构前必不可少的环节。以MATLAB软件中的Simulink为平台，利用该平台在形成实际系统之前进行对动态系统的模拟仿真，可以根据仿真结果对系统及时调整，最终得到最佳的系统状态，极大程度减少反复修改的时间[1]。

1 压缩机运动的数学模型

如图1所示为往复式压缩机运动的简单模型，以AB为曲柄绕A点以角速度ω2旋转，ω3为r3的角速度，其中已知为杆长r2、r3，AB以等角速度ω2旋转，r2与r1的夹角为δ，r3与r1的夹角为β。

根据机构各构件的位置关系，可以得到：

r2cosδ+r3cosβ=r1

(1)

r2sinδ+r3sinβ=0

(2)

将以上两式对时间求二次导数，可以得到加速度方程为：

(3)

(4)

以αi来表示角加速度，r1″表示活塞加速度，式(3)与式(4)可以写成如下矩阵形式：

(5)

图1 压缩机机构运动示意图

2 机构运动的Simulink模型

应用Simulink提供的模块建立如下模型,得到的模型如图2所示[2]。

本次模拟以4M80型往复式压缩机为例，活塞行程为320 mm，连杆长度为1 000 mm，曲轴转速为333 r/min，活塞的位移、速度、加速度依次为图3～5。……