气动马达（活塞式）动力特性分析

　　活塞式气动马达结构简单紧凑, 转动曲轴一端和配气阀相联、一端是气动马达输出, 曲轴的偏心部分通过滚针与滚动圈相联, 在通过旋转中心的互相垂直的两条直线上布置四个相同的活塞缸(A、B、C、D) 。

　　气动马达的动作过程是, 首先给活塞A 供压缩空气, 在气压的作用下, 活塞通过滚圈传递, 对曲轴产生转动力矩, 曲轴沿逆时针方向旋转; 转到一定角度后, 活塞A 停止工作, 配气阀又给活塞B 供气,活塞B 又推动曲轴旋转; 随后又给活塞C, 再后给活塞D 供气; 若单个活塞处在非供气状态时, 则通过配气阀向外排气; 这样就实现了气动马达连续不断的运转。显而易见, 如果首先给活塞B 供气, 与前述相反, 供气顺序将变为BADC, 曲轴沿顺时针方向

　　旋转。

　　这种活塞式气动马达使用压缩空气作原动力,较之燃油发动机、电动机等, 在许多情况下, 要安全一些、方便一些, 另外, 还有结构简单、便于制造、经济实用的特点, 因此, 能够在工矿企业中得到大量使用。和研究燃油发动机、电动机一样, 研究活塞式气动马达, 在给定气压的条件下, 气动马达转速和负荷( 阻力矩) 的关系, 确定额定负荷、额定转速, 即研究活塞式气动马达的动力特性, 有重要的意义。

　　2. 力学模型及性能分析

　　气动马达从起动到转速稳定下来后, 在任一时刻排气量都等于进气量, 表示为, q 排=q 进。由此利用能量守恒原理, 定量研究发动机稳态时, 阻力矩和转速的关系。显然, 四个活塞缸是按一定顺序依次对曲轴发生作用, 四个活塞缸对曲轴旋转的“贡献”是一致的, 要研究发动机整体, 可以先研究单个活塞对曲轴的作用原理。如图2 所示, 把典型的“曲柄连杆机构”, 作为研究单个活塞对曲轴作用的力学模型。

　　从曲线图知: 当阻力矩( 负荷) 较小时, 转速大但并不稳定, 微小的负荷变化, 都会引起转速上的急剧变化, 负荷只有达到一定值后, 转速才趋于稳定, 从计算可知, 随着阻力矩增大, 转速越来越小,每个活塞的有效作用区间β- α越来越小, 为保证发动机转动连续平稳的进行, 额定转速、额定负荷应在β- α>π/2 时取值, 当额定负荷Mo=44N·m, 额定转速no=462r /min, 这时额定功率约为2.2kW, 这三项指标和厂家说明书完全相符。