1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 一种空调圆盘试验台的设计 1 前言部分 随着人民生活水平的提高，汽车的应用将会越来越广。同时对于汽车内空调的需求也会逐渐增大。而汽车空调压缩机是汽车空调制冷系统的心脏，与普通建筑空调压缩机相比，它的运行工况是非常恶劣的。汽车空调属于耐久性产品，其有效使用时间受压缩机工作寿命的直接影响。汽车空调压缩机大多采用开启式，它由汽车发动机通过皮带轮传递动力，当汽车运行速度变化时，压缩机的转速也相应变化。在实际运行过程中，相对于冷凝器和蒸发器负荷变化范围而言，转速变化对压缩机耐久性 影响更大，通常要求测试的冷量最大 、 最小之间超过 6倍 。压缩机的耐久性是描
2、述压缩机性能的一个重要指标，应采用专门的耐久性试验台对其进行测试 1。 耐久性试验，即对压缩机进行长时间的连续运转或通断运转，把压缩机置于环境温度、吸气压力、排气压力、各种转速运的不断变化下进行测试。汽车空调压缩机耐久性试验台的主要用途就是提供对汽车空调压缩机运行环境的模拟，使压缩机在各种不同的工况下运转，借助于现代传感技术、自动控制技术、计算机软硬件技术，按照行业标准完成汽车空调压缩机的耐久性试验。 2 主题部分 目前，我国企业对 汽车空调压缩机技术的消化、吸收主要集中在整机方面，对其研究开发起关键作用的考核、检测、测控技术没有投入太多力量。在汽车空调压缩机耐久性试验台方面，经过一些调研分析
3、，许多国内汽车空调压缩机有关生产企业都没有正规和标准的试验装置，在现有的些的试验台中存在着耗电量大、自动控制程度低、工作环境恶劣、造价成本高等许多不足之处 2。因此，有必要对其进行改造和重新设计，使之更具经济性和可靠性。 由于汽车空调压缩机耐久性试验是一种严重的破坏性的试验，试验中被试压缩机的转速甚至高达 7000rpm， 因此耐久性试验本身具有一 定的破坏性和危险性，对动力传动单元的安全防护措施要进行比较全面的考虑。电动机的四周应采用铁丝网封闭，以便于电动机的散热 3。另外由于进行压缩机耐久性试验的时间周期较长，电动机与压缩机的机械运动引起大量的振动和噪音，因此应采取减振和降噪措施。 被试压
4、缩机采用交流电机驱动和皮带轮传动机构。在机架上装有压缩机和2 拖动电机的可调节专用夹具和固定底座，并装有皮带轮的涨紧机构。通过专用夹具，能够安装多种不同规格、大小、型号和种类的汽车空调压缩机，并能根据实际需要调整其轴向上的移动，使被试压缩机电磁离合器的皮带轮与拖动电 机输出轴上的皮带轮位于同一垂直面上，来保证压缩机和电机的平稳运转性。皮带轮涨紧机构的主要作用是使传动皮带涨紧之后，从而实现了电动机与被试压缩机之间的有效动力传动 4-5。 汽车空调大多采用轴向往复斜板式压缩机。可是这类压缩机如果没有专用检验设备，很难保证维修质量。适合维修后检验压缩机主要性能指标的专用试验台目前还比较缺乏。为此，上
5、海大众三汽公共交通有限公司借鉴国外先进经验，自行研制开发了汽车空调压缩机试验台 (见下图 1)。 图 1 汽车空调压缩机试验台 上 图所示的汽车空调压缩机试验台可对各种型号的车用空调压缩机进行试验，从而了解经维修的压缩机基本性能是否符合要求。这种试验台的特点是使用方便，容易操作，安全可靠。它的主要测试及工作内容有：空载磨合试运行、排气量测试、回流试验、真空测试 (负压气密性测试 )及保存压缩机的操作 1。这种试验台在目前我国应用相对而言是比较广泛。 汽车空调制冷系统设计的关键是在于冷凝器和蒸发器的大小、形式的选择，应该是以操作方便，易于控制为出发点，而且工况建立的时间要短并且能长时间维持其稳定
6、性方面上所设计的。日本一公司最近设计了一款采用 冷凝器为主要原3 件的汽车空调试验台。结构示意图如下图所示： 图 2 汽车空调压缩机耐久性试验台总体结构示意图 此试验台冷凝器采用水冷式冷凝器，蒸发器采用冷却空气型蒸发器，即蒸发器中的制冷剂蒸发所需要的热量由周围的循环空气来供给。采用管翅片式蒸发器，在蒸发器与风扇之间装电热丝，风扇将加热过的空气吹向蒸发器。这种方案的特点是实现起来比较简单，易损件少。试验台主要采用手动膨胀阀辅以热力膨胀阀进行节流运动。同时制冷系统还配备了储液器、干燥过滤器、气液分离器等组件。 这种试验台的排气压力调节和控制，是通过改变水冷式冷 凝器中冷却水的流量来调节冷凝压力。通
7、过在冷却水管道上安装水量调节阀，当冷凝压力降低时，则自动关小冷却水量调节阀减少水流量。反之，则开大冷却水调节阀，以增大冷却水量，达到维持冷凝压力在一定范围的目的，这种方法的突出优点主要是稳定可靠 6-7。 对于试验台的温度控制方面，大部分的试验台都设置了四组蒸发器侧用电加热器，其中三组各为定值 2kW，另一组也是 2kW，但可以无级调节。通过调节电加热器的加载可实现对过热度的调节，来控制压缩机的吸气温度。压缩机的环境温度，通常是通过环境侧电加热器对处于保温空间中的压缩机 加热来控制，以保证压缩机的环境温度稳定在行业标准规定的试验工况范围之内 8。 目前，美国一公司研制了一种新型的试验台。试验台
8、配备了一台博汇 RS一 1A真空泵，固定在压缩机所在的动力台架上，供系统冲注制冷剂时。因为该试验台4 要不断更换被试压缩机，所以在压缩机的进气口和排气口附近的管道上都需要加装截止阀，这样每次试验不同的压缩机时只需要关闭截止阀而不需要放掉整个系统的制冷剂 9。 该试验系统建立在实验室原有焓差试验台的两个环境室内。压缩机和冷凝器放置在室外侧环境室内，蒸发器和热力膨胀阀放置在室内侧环境室 内，这两个环境室可以保持试验所要求的恒温、恒湿环境。整个试验系统分试验主体、控制系统和测量系统 3部分。 试验主体部分主要由压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀构成。变排量压缩机为 5缸摇板式无级变排量压缩机，其排量
9、可以在 (10 156)cm3 r范围内的无级变化。冷凝器通常来采用平流式冷凝器，蒸发器芯采用管片式蒸发器，蒸发器风扇为 4档调速，而热力膨胀阀采用 H型。控制系统的作用是控制压缩机转速、排气压力和空调负荷。压缩机由变频电机驱动，调节电机供电输入频率就可以改变压缩机转速，冷凝风扇也由一变频电机驱动，压缩机的 排气压力可以通过调节流经冷凝器的风量来凋节 11-12。 空调负荷一般可以通过改变蒸发器进风干湿球温度和流经蒸发器风量来调节测量系统主要测量压缩机转速、活塞行程、制冷剂质量流量、制冷剂温度、制冷剂压力、蒸发器进出口空气干湿球温度和风量 7。 压缩机转速采用电涡流传感器来测量；活塞行程采用电
10、感式行程传感器来测量；制冷剂质量流量采用自制的孔板流量计加上压差传感器来测量；制冷剂温度采用经过标定的铜一康铜热电偶来测量，其测温精度为 0 2E；制冷剂压力采用电压输出型压力来传感器测量，其测压精度为 0 1； 空气干湿球温度采用铂电阻来测量，对每个铂电阻进行标定，得到所有铂电阻的电阻值与温度值的方程式，然后用于计算测量的温度，这样可以保证温度测量的误差基本在 0 1以内。所有的传感器产生的电信号全部要传送至给数字巡检仪，通过巡检仪和与之连接的计算机采集处理数据，试验时数据采集周期为 1 s。 最后介绍的是我国最近自主研究的一种集成试验台。该试验台计算机数据采集与处理系统由大众工控主机、数据
11、采集卡、打印机及专用的软件组成。本单元将来自前端变送器电流信号经专用标准电阻板转换后，送人 16通路 A D板进行转换，转换精度为 8位。软件的界面可与用户进行交互，试验人员在试验前可输人姓名、压缩机编号等并选择试验类型，也可以查看历史记录或直接监测试验过程。采用电流传输配合软件滤波技术，有效控制了数据传输过程中的电磁干扰。主机采用了工业控制的计算机，有效地提高了系统可靠性。同时配置屏幕显示和打印机两种输出模式，可直接输出试验报告结果 13。 汽车用空气压缩机耐久性试验台按照汽车行业的技术要求， 一般 进行 的是22kw 以下多种规格汽车用空气压缩机耐久性 的 试验。试验内容 基本 包括： 恒
12、5 定转速、恒定负荷条件下的耐久性试验； 排气卸荷型 的 空压机在变 转速、稳定负荷条件下进行的耐久性试验； 进气卸荷型 的 空压机在恒定转速、恒定负荷条件下进行的耐久性试验； 瞬间启动、制动交变试验；半载试验；窜油试验；充气与保压试验。 汽车用空气压缩机耐久性试验台 通过 采用计算机通讯，屏幕操作，实时监控各运行参数和状态， 从而 获得空压机可靠的性能数据。可 自行的 实现进气加热、润滑油加热、冷却水加热的自动调节； 进气压力、排气压力的自动调节和故障保护与自诊断功能 6。 3 总结部分 汽车空调试验台的未来发展方向一定是朝着多功能化、计算机应用化、测试精确化及其试验台本身的一些重要零件的
13、高强度化等方面发展。 在开发时间和项目经费允许的情况下，可对试验台的设计从以下几个方面进行进一步完善：加强计算机系统对基本耐久试验单元的控制，使试验台的操作更为方便和可靠，提高系统的稳定性：从而进一步提高试验台系统的减振抗噪性能。 汽车空调压缩机试验台的设计的主要难点通常是在于耐久性和一些传感器的选择及其应用方面上，还有就是整个系统配合计算机上的应用。 4 参考文献 1 韩豹 ,吴文福 ,申建英 .水平圆盘式苗间除草装置试验台优化试验 J.农业工程学报 ,010,26（ 2） :142-145. 2 马骏 ,汪晓钧 ,邹宗峰 .变排量汽车空调系统结霜试验研究 J.机电一体化 ,2007,13(
14、1):63-66. 3 陈观生 ,史保新 ,马国远 .电动汽车压缩的实验研究 J.广东工业大学学报， 2000,17（ 22） :11-14. 4 严嘉，童明伟 汽车空调压缩机耐久性试验台运行稳定性试验研究 J 暖通空调 ,2005,35(12):115-118 5 张喜瑞 ,何进 ,李洪文等 .兔耕播种机驱动圆盘防堵单元体的设计与试验J.农业工程学报 ,2009,35(12):115-118. 6 温彩霞，孙毅刚，陈天及 .汽车空调用 制冷压缩机耐久性试验台研制 J. 农业工程学报 ,2006， 27(1):32-34. 7 张中秀 ,臧建彬 .汽车空调压缩机耐久性试验台设计 .制冷空调与电
15、力机械 ,2006,27(1):28-30. 8 牛 均 量 . 汽 车 空 调 压 缩 机 试 验 台 简 介 J. 城 市 公 用 事 业 ，6 2002,17(1):7-9. 9 舒安庆 ,吴开斌 .斜盘压缩机的分级压缩讨论 J.化工装备技术 2006,7(6):55-59. 10 江华 ,李欣 .旋转式窑调压缩机的扳动和噪声研究 J.农业工程报， 2005,34(8):54-56. 11 黄锁 成 ,靳晓雄 ,张立军 .汽车空调压缩机的动力学频谱分析和振动分析J.上海汽车 ,2002,(12):6-8. 12 侯杰 ,吴建华 ,孙春艳 ,黄兰睛 ,唐永玉 .车用空调斜盘压缩机活塞断裂问
16、题分析 J.制冷与空调 ,2007,7(5):26-28. 13 黄宜坚，黄豪彩，汪海波，杨进民 .圆盘式电流变传动机构的研究 J 机床与液压 ,2002,(1):35-37. 14 Kweon-soo Lim,Hwan-kyun Park.Swash Plate CompressorP. American， Aug.29,2002,US 2002/0117050 A1. 15 Katsutoshi YOSHIDA, Kohju KASAHARA ,Shinichi WATANABE.Dynamic Behavior of Variable Stroke Swash Plate MechanismJ.Journal of System Design and Dynamics,2008,2(2):561-571.
