飞轮模型

飞轮模型（通用7篇）

飞轮模型 篇1

0 引言

燃料燃烧产生的气力扭矩包含发动机和变速器控制的重要信息,平均指示压力(indicated mean effective pressure,IMEP)是衡量发动机单位容积对外做功的标准,是发动机扭矩管理系统中的重要参数[1],利用IMEP估计发动机的气力扭矩是一种行之有效的方法,因此准确估计IMEP是计算气力扭矩的基础。文献[2]研究了利用气缸压力传感器测量的气缸压力计算IMEP的快速实现方法。

发动机瞬时转速波动是由气缸压力、往复惯性力、摩擦力和负载等因素共同作用在曲轴切向的总扭矩波动的结果[3]。文献[4,5]利用飞轮转速信号根据发动机动力学模型估计出了瞬时指示压力,但该方法受发动机动力学模型精度的影响,还需要准确的负载估计模型。文献[6]将发动机指示扭矩分为循环平均扭矩和波动扭矩,利用MAP图法根据喷油量、点火提前角等标定平均扭矩,用飞轮角加速度变动求得波动扭矩,两者相加并变换后可得到各缸的IMEP。文献[7]通过实验数据分析表明单缸四冲程发动机的平均指示压力与飞轮转速波动和平均转速的乘积存在线性关系,且线性比例系数基本上不随空燃比、喷油量、润滑油温度等变化。

在以上IMEP的计算方法中,由于气缸压力传感器成本较高,一般只在第一缸安装,利用测量气缸压力计算IMEP的方法尚没有得到广泛应用。文献[4,5,6]提出的方法计算量大,不便于在线应用,文献[7]提出的方法计算量小,便于在线实现,但它是针对单缸发动机得出的结论。

本文根据文献[7]的思想,在分析四缸汽油机各缸IMEP与转速波动及平均转速之间关系的基础上,建立利用转速波动和平均转速估计气缸IMIEP的单工况模型以及稳态工况下的通用模型,在满足计算精度的前提下,有效减小计算量并降低成本,便于在线实现。

1 转速参数与IMEP相关性分析

表1所示为试验发动机的主要结构参数,表2所示为试验的6种不同工况。由表2可知热启动工况转速变动较大,属于非稳态工况,其余几个工况转速基本稳定,可以近似看作稳态工况。

为了说明点火缸做功与转速波动的关系,定义瞬时平均指示压力为

pc(φ)=∫${}_{\phi {}_0}^{\phi }$pg(φ)dV/Vh (1)

式中,pc为瞬时平均指示压力;φ为曲轴转角;φ0为初始角度;pg(φ)为气缸瞬时压力;V为气体瞬时体积;Vh为气缸有效工作容积。

图1所示为四缸机飞轮瞬时转速和某点火缸pc在一个工作循环内随曲轴转角的变化曲线,由图可知,点火缸做功区间与飞轮从最小转速nmin上升到最大转速nmax的区间基本重合,把对应的最小角速度和最大角速度分别记作ωmin和ωmax。令$\overline{\omega }=(\omega {}_{\max }+\omega {}_{\min })/2$;$\text{Δ}\omega =\omega {}_{\max }-\omega {}_{\min }‚\overline{\omega }$为点火缸做功区间飞轮的平均角速度,Δω为点火缸做功区间飞轮的平均角速度波动。

按照文献[7]的方法,对四缸机各工况下的$\overline{\omega }\text{Δ}\omega$和IMEP进行相关性分析:在每个工况下,计算每次发火过程的$\overline{\omega }\text{Δ}\omega$和IMEP,分别将所有发火过程的$\overline{\omega }\text{Δ}\omega$和IMEP组成两个变量Xω和XI,Xω和XI之间的线性相关系数为

$r=\frac{{\displaystyle \sum (}X{}_{\omega }-\overline{X}{}_{\omega })(X{}_{\text{Ι}}-\overline{X}{}_{\text{Ι}})}{\sqrt{{\displaystyle \sum (}X{}_{\omega }-\overline{X}{}_{\omega }){}^2}\sqrt{{\displaystyle \sum (}X{}_{\text{Ι}}-\overline{X}{}_{\text{Ι}}){}^2}}$(2)

式中,$\overline{X}{}_{\omega }$为Xω的平均值;$\overline{X}{}_{\text{Ι}}$为XI的平均值。

利用式(2)计算各工况下$\overline{\omega }\text{Δ}\omega$和IMEP之间的线性相关系数,结果如表3所示。由于四缸发动机各缸之间的相互影响,表3中每个工况的IMEP和$\overline{\omega }\text{Δ}\omega$之间的线性相关系数都小于0.85,不具有文献[7]所描述的强线性相关性,故不能利用$\overline{\omega }\text{Δ}\omega$直接计算IMEP。因此下文建立四缸汽油机IMEP与$\overline{\omega }$及Δω的关系模型。

2 IMEP与转速参数关系建模

2.1 单工况模型

根据试验以及发动机做功理论可知:在一定负载下,发动机做功越多,飞轮平均转速越高;在一定转速下,点火缸做功越多,飞轮角速度波动量越大。根据上述发动机做功量与飞轮平均转速及转速波动之间的定性关系,提出利用飞轮平均角速度和角速度波动估计气缸IMEP的二元线性单工况模型:

$p=k{}_1+k{}_2\text{Δ}\omega +k{}_3\overline{\omega }$ (3)

式中,ki为模型系数,i=1,2,3。

本文采用最小二乘参数识别法,以每次发火过程中飞轮平均角速度、角速度波动及IMEP的试验数据识别式(3)中模型系数。表4列出了ki在不同工况下的数值、IMEP估计值与实测值之间的相关系数以及相对误差。图2所示为各工况下IMEP估计值和实测值曲线。如图2所示,在每个工况下,IMEP的估计值和实测值随发火次数的变化趋势一致,两曲线基本重合。从表4可知,IMEP的估计值与实测值之间的相关系数都在0.9以上,为高度线性相关,ned工况的最大相对误差为7.95%,平均相对误差仅为2.21%,其他工况的误差都小于ned工况的误差,可见利用式(3)可对各工况IMEP进行精确的估计。

如表4所示,式(3)的三个模型系数ki在每个工况都不一样,且hs工况下k1、k3的正负号与其他几个工况不同。利用此模型在线估计IMEP可以采用以下两个途径:

(1)通过测功机标定不同负载、转速下相应的ki值,根据负载、转速等条件在线判断发动机的工况,选择合适的ki值。

(2) 利用每次燃烧过程中的其他已知变量估计ki,得到估计IMEP通用模型,通用模型的系数不随工况发生变化,无需判断发动机的工况。

2.2 稳态工况的IMEP估计通用模型

本文对建立估计IMEP的通用模型进行了尝试,但加入热启动这个不稳定工况后,估计误差明显增大。因此剔除热启动工况,建立了其他几个稳态工况的通用模型。

由单工况模型可知,每个工况的模型系数都不一样,这说明单工况模型的系数受转速、转速波动和负载的影响,因此尝试使用每次发火过程中的平均角速度$\overline{\omega }$、角速度波动Δω和平均负载$\overline{{\rm T}}{}_{\text{L}}$的多项式模型代替式(3)中的ki (i=1,2,3)。模型的选用思路是采用不同次数和项数的多项式模型对估计的IMEP进行比较,选用精度最高的模型。基于上述原因和思路,ki选用表5所示的几种多项式模型,模型中的kij为ki模型的模型系数。表5同时列出了选用这几种模型时IMEP的估计误差平方和。

本文利用文献[8]提出的简化刚性曲轴四缸汽油机动力学模型计算平均负载,即

$\begin{array}{l}\frac{\text{d}\omega }{\text{d}\phi }=-\frac{mr{}^2{\displaystyle \sum _{k=1}^{{\rm N}}(}f(\phi -\phi {}_k)g(\phi -\phi {}_k))}{J}\omega +\\ \frac{A{}_{\text{p}}r{\displaystyle \sum _{k=1}^{{\rm N}}(}p{}_{k}f(\phi -\phi {}_k))-{\rm T}{}_{\text{L}}-{\rm T}{}_{\text{f}}}{J\omega }(4)\end{array}$

g(φ)=df(φ)/dφ

$f(\phi )=\sin \phi +\frac{\lambda \sin 2\phi }{2\sqrt{1-\lambda {}^2\sin {}^2\phi }}$

式中,ω为曲轴瞬时角速度;φk为第k缸相对于第一缸的发火相位,对于四冲程发动机,φk=(k-1)π;pk为第k缸压力;Ap为活塞面积;r为曲柄半径;Tf为摩擦扭矩;TL为负载;m为当量往复质量;J为当量转动惯量;λ为连杆比;N为气缸数量。

对于直列四缸发动机,当发火缸活塞运行到上止点时,气力扭矩和惯性扭矩为零,根据式(4)得

$\overline{{\rm T}}{}_{\text{L}}={\rm T}{}_{\text{L}}+{\rm T}{}_{\text{f}}=-J\omega \frac{\text{d}\omega }{\text{d}\phi }=-\frac{J}{2}\frac{\text{d}\omega {}^2}{\text{d}\phi }$ (5)

将表5中的ki模型逐一代入式(3),利用IMEP的实测值对系数kij进行识别。经过比较,当ki选用表5中的第7个模型时,IMEP的误差最小,将其代入式(3)得到的模型有多达18个参数。为了简化模型,去掉对估计误差影响较小的参数,最终得到的IMEP模型如下:

$\begin{array}{l}p=k{}_{11}+k{}_{12}\overline{\omega }{}^2+k{}_{13}\overline{\omega }{}^4+k{}_{14}\overline{{\rm T}}{}_{\text{L}}+k{}_{15}\overline{{\rm T}}{}_{\text{L}}^2+\\ (k{}_{21}+k{}_{22}\overline{\omega }{}^2+k{}_{23}\overline{\omega }{}^4+k{}_{24}\overline{{\rm T}}{}_{\text{L}}^2+k{}_{25}\overline{{\rm T}}{}_{\text{L}}^2+k{}_{26}\text{Δ}\omega {}^2)\text{Δ}\omega +\\ (k{}_{31}+k{}_{32}\overline{\omega }{}^2+k{}_{33}\overline{\omega }{}^4)\overline{\omega }(6)\end{array}$

式(6)中包含13个参数,它对所有稳态工况的IMEP估计误差平方和为3.58×1010,式(5)中的参数估计值如表6所示。

IMEP估计值和实测值如图3所示,图4为图3的局部细节图,图5为IMEP相对误差图。从图3～图5可知,IMEP估计值和实测值非常接近,最大误差在8%以内。虽然未得到所有工况下IMEP的通用模型,但得到稳态工况下估计IMEP的通用模型可以显著减少工况的判断次数。

四缸机中曲轴每转两周(720°),各缸依次顺序完成点火,每缸的做功区间大致为180°,因此平均指示扭矩TI可以用平均指示压力表示:

${\rm T}{}_{\text{Ι}}=\frac{pV{}_{\text{h}}}{\text{π}}$(7)

图6所示为分别使用实测气缸压力计算的平均指示扭矩与基于飞轮转速估计的IMEP计算的平均指示扭矩之间的绝对误差,由图6可知绝对误差在3N·m以内,说明在低速工况下估计的IMEP可以分辨各缸做功差异。

3 结论

(1) 四缸发动机各缸平均指示压力与转速波动和平均转速的乘积不存在线性关系;各工况下各缸平均指示压力可以由每次燃烧区间对应的飞轮平均转速与转速波动组成的二元线性模型表示,从而得到估计平均指示压力的单工况模型。单工况平均指示压力模型的模型系数随着工况的不同而发生变化。

(2) 将单工况模型的三个系数分别用关于转速波动、平均转速和平均负载的多项式模型代替,建立了稳态工况下估计平均指示压力的通用模型。通用模型估计的平均指示压力的相对误差在8%之内,平均指示扭矩的绝对误差在3N·m以内。

摘要：分析了四缸汽油机各缸平均指示压力(IMEP)与对应的飞轮平均角速度和角速度波动乘积之间的线性相关性,得出其线性相关性较弱的结论。采用最小二乘参数识别法得到了利用飞轮平均角速度和角速度波动估计各缸IMEP的单工况模型,以平均角速度、角速度波动和平均负载的多项式模型代替单工况模型中的模型系数得到了估计IMEP的稳态工况通用模型,IMEP的估计值和实测值之间的相对误差在8%以内。

关键词：飞轮转速,转速波动,平均指示压力(IMEP),估计模型

参考文献

[1]Oh S,Kim D,Oh B,et al.Real-time IMEP Esti-mation and Control Using an In-cylinder PressureSensor for a Common-rail Direct Injection DieselEngine[J].J.Eng.Gas Turbines Power,2011,133(6):1-9.

[2]万国强,黄英,张付军,等.面向控制的柴油机IMEP在线计算方法及试验[J].内燃机学报,2011,29(3):277-281.Wan Guoqiang,Huang Ying,Zhang Fujun,et al.On-line IMEP Calculation Method for Diesel En-gine Control and Experimental[J].Transactions ofCSICE,2011,29(3):277-281.

[3]李建秋,欧阳明高,周明,等.发动机飞轮转速的传递函数分析[J].内燃机学报,2001,19(6):582-587.Li Jianqiu,Ouyang Minggao,Zhou Ming,et al.Transfer Function Analysis of the Engines FlywheelSpeed[J].Transactions of CSICE,2001,19(6):582-587

[4]王赟松,褚福磊,郭丹.基于二阶滑模技术的内燃机气缸压力的估计[J].内燃机学报,2004,22(6):556-561.Wang Yunsong,Chu Fulei,Guo Dan.Cylinder Pressure Estimation for Engines Using Second-Or-der Sliding Modes[J].Transactions of CSICE,2004,22(6):556-561.

[5]Williams J,Witter M C.Individual Cylinder IMEP Estimation Using Crankshaft Angular Velocity Measurements[J].SAE Paper,2001-01-0990.

[6]Rackmil C I,Mckay D,Malaczynski G W.Method for Estimation of Indicated Mean Effective Pressure for Individual Cylinders from Crankshaft Accelera-tion:US,7623955[P].2009-11-24.

[7]Kenji N,Tetsuya K,Yoichi T,et al.Estimation ofIndicated Mean Effective Pressure Using Crankshaft Angular Velocity Variation[J].SAE Paper,2011-32-0510.

[8]刘世元,杜润生,杨叔子.利用转速波动信号在线识别内燃机气缸压力的研[J].内燃机工程,2000(3):37-43.Liu Shiyuan,Du Runsheng,Yang Shuzi.Research on On-line Identification of In-cylinder Pressure by Using Speed Fluctuation Signal[J].Chinese In-ternal Combustion Engine Engineering,2000(3):37-43.

飞轮模型 篇2

当今时代属于电子商务时代, 人类数千年来的商业行为、购物、消费和生活方式等方方面面的活动也因此发生了巨大的变化, 我们在不知不觉中进入了被电子商务颠覆的时代。在电子商务企业实际运行中, 许多企业都运用着一种叫“飞轮模型”的原理。在此模型的分布中, “增长”出现在最内层, 中间层次由“更低成本”、“更低价格”、“更丰富的选择”以及“更便利的服务”四个要素组成, 最外层的组成要素则包括“卖家”、“流量”、“客户体验”以及“选品”四项内容, 以“客户体验”为起点, 还会再回到“客户体验”, 模型如图1所示。

2“飞轮模型”的机制

当一个企业为了提升客户体验而作出不断努力之时, 通过口碑效应的带动作用, 其流量就会很自然地出现增加的现象, 这样一来, 便能够吸引到更多的卖家与之进行合作, 消费者也因此可以获得更加便利的服务, 选择途径也会大大增加, 进而更加提升客户体验, 最终必将形成一个良性循环。在此循环过程之中, 电子商务企业以往高昂的固定成本会逐渐被分摊出去, 使其商品的出售价格或服务的提供价格得以降低, 进而作为关键性因素从另外一个角度提升客户体验, 这就是所谓从客户体验出发, 又回到了客户体验。

在模型里, “客户体验”既是起点和又是终点。客户体验可以按照购物流程划分, 也可以按照体验性质划分。按照购物流程可以分为下单前信息浏览体验、与客服交流体验、下单后支付货款体验、支付后物流和售后服务以及整个购物流程完成后的整体感觉体验。按照体验性质划分, 可以分为网站设计上的体验、网站信息内容丰富度的体验、网站客户服务体验、网站信用体验、网站购物安全性体验、网站商品质量体验、网站商品价格、网站购物配送体验以及给消费者整体感受的网站企业经营能力体验等体验内容。企业只有从网络购物的每一个细节注意培养消费者的良好购物体验, 才能提高客户的满意度和忠诚度, 形成一个网上交易的良性循环态势[1]。

当平台企业以“客户体验”作为起点时, 它就会谨慎选择进驻平台的卖家, 没有实力、没有信用的卖家将不会入选, 平台对供应商商品的选择也将很苛刻, 非正品不会入选, 因为平台企业很清楚:消费者很看重信用, 而信用一旦砸了, 很难收回, 甚至根本就收不回。

面对竞争对手, 平台企业会推出很多活动来促销。很多企业通过降低价格的形式, 甚至不惜打价格战来搏“眼球”、促流量。促销可以增加流量, 但从另一个方面来看, 它也需要企业进行更具挑战性的问题思考——库存的充分与否、客户以及卖家与企业共同成长的可能性等。实际上, 消费者在通过电子商务购买消费品之时, 不仅会考虑产品的价格, 还要分析电子商务公司所提动的配送、购物保障等体验是否能够令其满意, 这便是消费品的整体价值。对于卖家来说, 流量固然重要, 但是“黏性” (即忠诚度以及活跃度均达到高水平的消费者与卖家) 的重要程度要更胜一筹。如果黏性很低, 说明消费者的回头客很少, 对平台所售的商品兴趣不大。一个企业如果进行盲目的价格竞争, 势必会带来很严重的负面影响, 消费者在这种形势下会只关注产品的价格, 如果企业不进行促销, 消费者是不会购买的, 这样的消费者对品牌的忠诚度十分低, 甚至可以说是没有品牌忠诚度的。

所以, 平台企业只有建立起功能强大、内容丰富的网站, 提供有质量保障、性价比高的商品, 物流配送有力, 加上售前、售中、售后客户服务到位, 如此客户体验将非常完美, 客户将对平台产生依赖、忠诚, 最后平台企业的经营目标也就能自然地实现了。

3 以亚马逊为例

亚马逊公司是全球最大的电子商务公司, 是一家B2C电子商务网站。亚马逊在中国的网站, 原名“卓越亚马逊”, 2011年10月亚马逊公司宣布将其中国的子公司“卓越亚马逊”改名为“亚马逊中国”, 同时宣布启动短域名 (z) 。“亚马逊中国”经营图书、音像、影视、软件、图书、家电、手机数码、玩具、家居、健康、钟表首饰、美容化妆、服饰箱包、运动、鞋靴、母婴、食品、户外和休闲等29大类、上千万种的产品。“亚马逊中国”自始至终坚持“以客户为中心”的理念, 并且作出“天天低价, 正品行货”的承诺, 力求从低价、选品以及便利三个层面为消费者营造出一个信赖度很高的网购环境[2]。亚马逊中国通过500多项可以度量的目标来考察绩效, 其中80%都与顾客有关。而且亚马逊中国有强大的数据处理能力, 这是它了解客户的最重要途径[3]。随着消费者购物习惯向网上迁移, 电子商务取得成功的关键性因素成为用户的良好体验。亚马逊中国认为, 仅仅依靠价格竞争, 电子商务是很难提高顾客忠诚度的, 要想真正地赢得客户, 就必须向顾客提供良好的购物体验[4]。对于电子商务企业来说, 消费者的要求可以简单地概括如下: (商品) 有没有、 (价格) 贵不贵、 (服务) 好不好以及 (配送) 快不快。这就意味着电子商务必须是一种长线经营行为, 它是一场从前端到后台系统的整个产业链的竞争[5]。对此, 亚马逊所采取的措施是, 提升系统效率和用户体验, 吸引新用户的购买, 以及增大老顾客的重复性购买, 借助于规模化运营的实现, 将可变成本降低, 获得更优秀的供应链能力, 之后利用节约下来的成本降低价格, 以回馈新老顾客, 最终形成用户黏性。这样既能够稳定毛利率, 保护供应商以及网站自身的利益, 又可以增强补贴用户的能力[6]。亚马逊中国发展的每一步都把客户需求放在核心的位置。正是这种“以客户为中心”的经营理念推动着亚马逊中国稳步前进, 也是亚马逊中国一直都领先于其他企业的最重要的原因[7]。亚马逊中国对客户的重视程度也落实在每一个行动上, 公司的“一点通” (one-click) 设计是为了给消费者提供便利, 节约消费者的购买时间;“购物建议单”可以使客户借助购物建议单, 客户能在最短的时间内清楚自己感兴趣的所有书籍和商品;亚马逊中国网站的界面也处处体现出“客户至上”的理念和原则[8,9]。

摘要：本文阐释了“飞轮模型”的结构和组成要素, 以亚马逊为例说明了如飞轮一样的正向经济效应有利于电子商务的发展。电商企业从客户体验出发, 通过提供正品, 吸引客户, 增加流量, 吸引买家。客户多了, 卖家就能以更低的成本和价格为消费者提供更丰富的产品和更便利的服务, 如此又能给客户带来更好的体验, 客户就会更满意、更忠诚, 最终促进企业销售总额和利润的增长。

关键词：电子商务,飞轮模型,客户体验,增长

参考文献

[1]曹园园, 张建.基于因子分析和综合模糊方法的电子商务客户验评价研究[J].上海管理科学, 2013 (4) .

[2]亚马逊中国[EB/OL].http://baike.baidu.com/view/6756827.htm.

[3]孙先锋.中国电商该亚马逊为师[N].中国联合商报, 2012-11-05 (B03) .

[4]周益.亚马逊的成功之道[J].现代出版, 2011 (2) .

[5]金灿奎.亚马逊中国网站换新装用户体验全面升级[J].中国质量报, 2012-11-15.

[6]张建富.亚马逊:绝不妥协的用户体验[J].IT经理世界, 2012 (10) .

[7]刘晓云.“开放”亚马逊[J].VMAERTING, 2013 (2) .

[8]李建环, 赵树旺.亚马逊的全球化策略及启示[J].出版参考, 2013 (7) .

飞轮海——越来越爱 篇3

魅力飞越天涯努力征服海角

亚洲人气新天团一飞轮海成军三年音乐第三击

飞轮海在2008年歌影两栖,工作忙过不停,继推出《双面飞轮海》和《飞轮海想入飞飞世界》巡回演唱会后,2009新一年即以摇滚视觉系的新造型,给各位歌迷第三张专辑《越来越爱》。一改以往阳光大男孩的印象,以BAND SOUND为音乐主题,飞轮海率先以全新的摇滚元素带来最新单曲"越来越爱",还有他们擅长的舞曲元素,全新曲风全新形象,令乐迷耳目一新!碟内还收录了飞轮海成员主演的台剧《霹雳MIT》和《翻滚蛋炒饭》的主题曲"动脉"和"恒星"。

专辑曲目:

1.动脉

02.越来越爱

03.寂寞暴走

04.恒星

05.默默

06.最佳听众

07.留下来

08.孤单摩天轮

09.雨是眼泪

10.你应该被珍惜

飞轮电池,非一般的电池 篇4

非一般的飞轮电池

很早之前,人们就发现旋转会赋予物体以能量,之后飞轮就作为储能元件存在了,从古老的纺车到蒸汽时代的蒸汽机,人们利用它的惯性来均衡转速和闯过“死点”。

普通的内燃机,比如汽车上的四冲程汽油发动机,在它的工作流程中,只有在活塞处做功行程时才产生有用功,而吸气、压缩、排气行程都是在消耗能量。因此,曲轴对外输出的转矩呈周期性变化,曲轴转速也不稳定。为了改善这种状况,人们在曲轴后端装置飞轮,利用飞轮储存的能量来稳定曲轴的转速。由于它们的工作周期很短,所以那时候的人们并没有想过利用飞轮来进行储能。

然而到了20世纪90年代,飞轮电池的概念被提了出来,它突破了化学电池的局限,用物理方法实现储能。

飞轮电池到底是咋工作的?

想要了解为何旋转的飞轮能够储能,首先需要了解一个物理概念——转动惯量。转动惯量是刚体(在运动中和受力作用后,形状和大小不变,而且内部各点的相对位置不变的物体)绕轴转动时惯性(即回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性)的量度,在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量,可理解为一个物体对于旋转运动的惯性。

理解了什么是转动惯量之后,我们就可以谈谈飞轮电池的构造了。飞轮电池中有一个电机,在电机的轴上连着一个飞轮。当外界给电池充电时,电机将带动飞轮高速旋转完成电能到动能的转化,一旦外界需要电力时,旋转的飞轮将带动电机运转,将自身的动能又重新转化为电能。

改掉缺点的飞轮电池才是好电池

作为一种储存能量的物件,所能储存的能量自然是越多越好,然而想要用旋转的飞轮储存大量的能量,飞轮电池自身的能量损耗问题就显得尤为重要,毕竟一旦飞轮电池脱离了外界的能量来源,飞轮就只能依靠自身的努力来保持旋转的状态。

飞轮电池的能耗主要来自轴承摩擦和空气阻力。为了提高飞轮电池的效率,人们想了很多办法,例如通过改变轴承结构,把滑动轴承变为滚动轴承、液体动压轴承、气体动压轴承等来减小轴承摩擦力,例如通过抽真空的办法来减小空气阻力。尽管如此,飞轮所储的能量在一天之内仍有25%的损耗,仍不能满足高效储能的要求。

正所谓“屋漏偏逢连夜雨”,飞轮电池的另一个缺点在于为了储存更多的能量,飞轮必须转得更快或者有更大的质量。增大质量无疑是比较容易的方法,但是如果采用传统的钢材料来制作飞轮的话,整个系统将十分庞大。例如,为了给一个发电能力为100万千瓦的电厂均衡发电,制作飞轮所需要的钢材可能达上百万吨!这显然是不现实的。当然,飞轮储能大小除与飞轮的质量有关外,还与飞轮上各点的速度有关,而且储能的大小与飞轮速度是平方的关系。因此提高飞轮的转速比增加质量更有效。但飞轮的转速受飞轮本身材料限制,转速过高,飞轮可能被强大的离心力撕裂。

近1 0年来,一大批新型复合材料和新技术的诞生和发展,如高强度的碳素纤维复合材料、磁悬浮技术、高温超导技术、高速电机/发电机技术以及电力电子技术等,使得飞轮能够储存大量的能量,给飞轮的应用带来了新的活力。例如flybird公司为F1赛车打造的飞轮电池,用仅5千克的飞轮实现了400千焦的储能目标,其碳纤维飞轮转速可达每分钟64 500转,这已经是个很不错的成绩了。

机械飞轮式KERS系统初探 篇5

KERS是动能回收系统 (Kinetic Energy Recovery Systems) 的英文缩写。其基础原理是:通过技术手段将车身制动能量存储起来, 并在需要时将能量释放出来。按照欧洲最新的汽车监测工况设计, 有了KERS系统之后, 相同的工况下, 发动机工作时间能够减少近一半的时间, 这也就意味着发动机能够大幅减少油耗。我们会发现, 普瑞斯等油电混合动力汽车不就是能实现这个功能吗?没错, 油电混合动力可以说是KERS系统的一种形式。

KERS系统目前主要有四种形式, 电池-电机动能回收系统, 也就是最常见的油电混合动力系统;机械飞轮式动能回收系统, 即本文将探讨的混合动力形式;电驱飞轮式动能回收系统;液压动能回收系统等。

一、系统的基本原理及工作过程

当汽车在制动的过程中, 车身动能会通过无级变速器传入飞轮, 此时与变速器相连的KERS飞轮被驱动、高速旋转积蓄能量。而当需要时, 飞轮积蓄的能量则通过无级变速器释放, 在主变速器的输出端与发动机的动力汇合后, 输出到驱动轮。从以上工作过程可以看出, 机械飞轮式动能KERS系统是将制动能量转换成KERS飞轮的动能, 当需要时, 再将飞轮的动能直接输出。由于该系统不需要像油电混合动力那样要先将制动能量转换成电能, 然后再转换成机械能输出, 因此其能量转换效率较高, 可达65%～70%。

系统简图见图1, 图2为系统的核心部件———飞轮模块和无极变速模块。

二、系统结构

整套机械飞轮式KERS系统主要由飞轮模块、无级变速模块 (圆环曲面无极变速器IVT) 、输出齿轮组和液压控制系统等组成 (见图3、图4) 。

1.飞轮模块

机械飞轮式KERS是靠飞轮的惯性储存并释放能量, 因此为了要储存足够多的动能, 可以采取的办法是增加飞轮的质量或提高飞轮的转速。显然在汽车上为了储存回收的能量而安装一个巨大的飞轮并不现实, 所以机械飞轮式KERS系统的飞轮一般都很小, 而转速却相当高。如沃尔沃的机械飞轮式KERS系统使用的碳纤维本体钢制飞轮质量只有6kg, 直径20cm, 最高转速可达6000r/min以上。

KERS飞轮是由碳纤维缠绕的钢圈制成的 (见图5) , 同时为了降低飞轮高速旋转时产生的空气摩擦阻力, 飞轮被套在一个真空容器中 (见图6) 。飞轮通过一个离合器与CVT模块相连, 当飞轮转速超限时离合器断开, 以保护飞轮。

2.无级变速模块

由于飞轮的转速与车轮转速相差过大, 因此在飞轮与车轮之间需要一套超大速比的变速系统。

市场上有许多汽车安装了无级变速器CVT, 但这些变速器都是利用钢带和带轮传递动力和变速的, 而机械飞轮式KERS系统的无级变速器采用的是圆环曲面式的, 简称IVT (见图7) 。

图7所示的圆环曲面无极变速器是由两组机构串列而成。圆环曲面式无极变速器主要由输入盘、输出盘和滚轮构成。输入盘的动力一般通过一个离合器连接KERS飞轮。输出盘与行星齿轮式的输出齿轮组相连。输入盘与输出盘利用液压压紧, 并且压紧力可以根据传递扭矩的大小而调整。输入输出盘之间是2～3组滚轮, 当两个转盘对向夹紧时, 就会夹住这些滚轮, 输入盘转动时, 会带着滚轮转, 输出盘自然也跟着转起来。由此可以看出力是通过滚轮与转盘之间的滚动摩擦传递的。

滚轮的轴线是可以摆动的, 以实现传动比的连续变化 (见图8) 。当滚轮的一边顶着输入盘半径较大的位置, 另一边顶在输出盘靠近轴的地方, 就是低挡, 传动比大于1;当滚轮的轴线与整个变速机构的轴线平行的时候, 传动比等于1, 为直接挡;随着滚轮的摆动, 滚轮的一边顶住输入盘半径较小的位置, 另一边顶在输出盘靠近边缘的地方时, 传动比大于1, 即为高挡。滚轮在最小最大传动比之间可以停留在任何位置, 即滚轮的摆动变化是连续的。

无级变速模块 (IVT) 通过输出盘上的齿轮与输出齿轮组相连。

3.输出齿轮组

如图9所示, 输出齿轮组由两根轴、四个齿轮和一个离合器构成。于IVT相连接的传动轴上装有一个车桥侧离合器, 当不需要回收能量时, 车桥侧离合器断开, 以减少发动机的能量损失。另一根轴上的两个减速齿轮一方面起到了增大传动比的作用, 同时其中一个减速齿轮与车桥耦合齿轮相连接, 以使得动力能够自由地在驱动桥和飞轮之间来回传递。车桥耦合齿轮相当于传统车辆的主减速器从动齿轮, 但他的结构很特殊, 拥有两个齿圈。一个是位于其外圆柱表面的斜齿圈, 与KERS系统相连;另一个齿圈是于传统汽车一样的, 位于其侧面的螺旋齿轮, 与变速器输出轴的圆锥齿轮相连。

当汽车松开油门或制动时, 电脑控制发动机停止工作, 车轮的动能通过差速器、车桥耦合齿轮、输出齿轮组、IVT模块进入飞轮, 飞轮高速旋转储存动能, 能量回收完毕后, 断开车桥侧离合器。当需要时, 电脑将车桥侧离合器接合, 飞轮储存的动能即反向释放, 其动能与变速器传来的动力在车桥耦合齿轮上汇合后传给车轮。

机械飞轮式KERS系统几乎完全由传统机械结构组成, 仅用齿轮组、碳纤维飞轮、少量电控设备就实现了原本油电混合动力系统中所需的电池组、电动机、齿轮组、复杂电控设备这样庞杂机构的相同功能, 并且可靠性、耐久性以及易维护性都更上一层楼。但这种技术储存能量有限, 尽管可以储存数十甚至上百千瓦的能量, 但扭矩过小, 并且每次输出能量时间很短, 一般在10s以内, 因此该系统只能为加速提供辅助, 不可能实现纯电动行驶。

拖拉机飞轮总成的检修 篇6

关键词：拖拉机,飞轮总成,检修

飞轮用以贮存作功行程能量, 克服辅助行程的阻力, 保证曲轴转速均匀。飞轮外缘上装有一个飞轮齿圈, 与起动机的驱动齿轮啮合, 供启动用。飞轮是摩擦离合器的驱动件, 与离合器接合、分离, 其作用是将发动机旋转力经过变速器传递给驱动车轮。飞轮边缘一侧刻有指示第1、第6缸活塞位于上止点的标志, 可以作为检查、调整发动机点火时机的依据。飞轮构造简单, 但一旦产生损伤, 将会给拖拉机的正常使用带来严重后果, 故应重视对其的检修工作。

一、飞轮常见损伤分析

飞轮为不易损坏的零件, 但常见的故障有:与离合器接触的工作平面磨损、起槽、刮痕, 以及齿圈磨损和断牙等。

1.飞轮工作面的磨损。该磨损分为正常磨损和非正常磨损两种。在工作中, 由于离合器在分离和结合的瞬间, 从动盘与飞轮平面之间有转速差, 从而产生相对滑动摩擦, 使飞轮平面产生磨损, 此属正常磨损;飞轮平面的异常磨损多是由于驾驶操作不当, 使离合器与飞轮经常处于半离合状态, 加剧了飞轮接触面的磨损。当离合器摩擦片磨损减薄, 铆钉头超出摩擦片平面, 将飞轮工作面刮伤成沟槽, 或摩擦片破损, 铆钉松脱, 引起飞轮平面损伤。飞轮在制造加工时, 未达到图纸要求的加工质量, 平衡性能不良, 飞轮端面轴向圆跳动或圆周径向跳动量过大, 使两个平面不能平整地接合, 摩擦不均匀, 使飞轮工作面呈波浪状。

2.飞轮齿圈磨损。在启动发动机时, 飞轮齿圈上的轮齿受到启动电机齿轮的频繁撞击和滑动干摩擦, 且轮齿啮合面常夹杂有尘土、沙粒等杂质, 造成齿圈轮齿磨损或剥皮。由于飞轮始终作单向旋转, 故齿圈轮齿的磨损通常发生在与旋转方向相反的一面。

3.飞轮齿圈打齿。飞轮齿圈质量不过关, 或者是飞轮齿圈的齿牙与起动机的大小不一致, 太紧或太松, 无法完全咬合, 造成飞轮齿圈打齿。

4.飞轮螺栓孔损伤。飞轮质量大, 转动惯性就大, 飞轮转动时飞轮螺栓所承受的扭矩就大, 当飞轮因磨损、接合面不平等原因造成运转不平稳时, 飞轮就会发生偏摆, 导致飞轮螺栓松动, 飞轮螺孔磨大。

二、飞轮检测及损伤处理

1.将百分表架装在飞轮壳上, 表的测头靠在飞轮的光滑端面上, 旋转中心距离的两倍, 即为轴向圆跳动量, 一般每米不应大于0.15 mm。将百分表的测头靠在飞轮的光滑内圆或外圆上, 旋转表盘, 使“0”位对正指针, 转动飞轮一圈, 百分表的读数差, 即为径向圆跳动量, 一般不应大于0.15 mm。飞轮跳动量超过0.50 mm时, 应予以光磨修整。

2.飞轮的外缘, 用“热涨法”装有过盈配合的齿圈, 如齿圈牙齿若是单面磨损, 可将齿圈翻面使用。个别牙齿损坏, 可堆焊修复。若齿圈两面均严重磨损超过30%或牙齿损坏连续4个以上时, 可堆焊修复或更换新件。

3.检查飞轮与离合器摩擦片接触面是否烧伤或磨损而凹凸不平, 如是, 则可用机械加工修复。

4.当飞轮螺孔圆度误差超过0.07 mm时, 可采用扩孔法修理, 但须换用相应加大的固定螺栓。

三、飞轮的拆解与更换

1.曲轴飞轮组件的拆解。曲轴飞轮离合器总成从发动机气缸体拆出后, 进一步分解的顺序是: (1) 拆卸前, 要仔细辨认清楚曲轴、飞轮和离合器总成三者周向装配位置, 记住离合器盖固定螺栓处所装平衡块的大小、件数, 以备装复时能恢复原平衡状态。 (2) 松开离合器固定螺栓, 取下平衡块, 并记住位置。 (3) 在飞轮与离合器盖装配的相对位置打上记号, 再拆下离合器压盘组件、从动盘总成。 (4) 将平衡块用细铁丝拴在离合器盖原装配位置的螺栓通孔上。 (5) 松开飞轮与曲轴连接螺栓、螺母, 拆下飞轮。若有定位销, 注意记住其固定位置。

2.更换飞轮。安装新飞轮时, 应将螺栓孔对正装入, 有的车则需将定位销与定位孔对正, 并以规定的力矩分两次交叉、均匀地紧固飞轮与曲轴凸缘的连接螺栓 (螺栓的光杆及螺纹部分涂少许机油, 有的机型则规定涂粘结剂) 。更换飞轮后, 要校准或补打上第一缸上止点记号和点火正时标记 (汽油机为点火提前角刻线;柴油机为供油提前角刻线) 。换好的曲轴飞轮总成, 应重新作静、动平衡和摇摆度检验。

飞轮专用磨床的设计及改造 篇7

伟富机电有限公司研发的健身器材产品——脚踏车投入试产, 其中需要加工的一个关键零部件是飞轮, 如图1所示。飞轮经过数控车床车削后, 需要有一台磨床对其外圆 (A面) 和两个端面 (B面和C面) 进行磨光。这台磨床的加工性能需要具备3个加工要素:1) 主轴转速在1400转/分以上;2) 有升降和纵向进给机构, 进给量可以人手控制;3) 有装夹工件的回转台, 转速在0转/分～100转/分且可调。经过寻找目前市场上没有这种类型的磨床, 因此只能利用其它类型的设备进行改造, 以满足飞轮的加工要求。伟富机电有限公司研发的健身器材产品——脚踏车投入试产, 其中需要加的一个关键零部件是飞轮, 如图1所示。飞轮经过数控车床车削后, 需要有一磨床对其外圆 (A面) 和两个端面 (B面和C面) 进行磨光。这台磨床的加工能需要具备3个加工要素:1) 主轴转速在1400转/分以上;2) 有升降和纵向给机构, 进给量可以人手控制;3) 有装夹工件的回转台, 转速在0转/分～100/分且可调。经过寻找目前市场上没有这种类型的磨床, 因此只能利用其它类的设备进行改造, 以满足飞轮的加工要求。

2 改造方案的分析、决策

根据对飞轮专用磨床加工性能的3个加工要素进行分析, 笔者认为将万能铣床进行改造后可以满足飞轮加工所需。伟富机电有限公司现有一台X6125型万能铣床, 主轴最高转速1 600转/分, 升降和纵向进给可以人手操纵, 这样满足了第 (1) 个和 (2) 个加工要素, 如果在铣床工作台上加装一个回转台并用变频器控制转速, 就能满足第 (3) 个加工要素, 飞轮专用磨床的所有加工要素都得到了满足。

通过上述分析, 将X6125型万能铣床改造成飞轮专用磨床具有可行性, 决定采用此改造方案。

3 飞轮专用磨床的改造

3.1 主轴加装法兰盘

将X6125型万能铣床改造成用专用磨床, 必须在主轴上加装一个法兰盘来安装φ300mm的砂轮, 设计的法兰盘如图2所示。

3.2 进给机构部分的改造

根据初步设计, 主轴离平台面最小高度为:415mm (回转台高度) +35mm (飞轮厚度) +150mm (砂轮半径) =590mm。测量X6125型万能铣床主轴中心到工作台的最大高度为450mm<590mm, 显然不能满足改造要求;测量主轴至纵进滑台面的高度为650mm>590mm, 能够满足改造要求。前面已经分析, 这台专用磨床不需横向进给, 因此需将工作台和横向进给机构拆除, 只保留纵向和升降进给机构, 这样进给机构部分的改造就完成了。

3.3 回转台的分析、设图计2、法制兰作盘

给机构部分的改造由于市场上自动回转台的价格不菲且体积较大, 不适用这台专用磨床的改造, 因此决定自制一套回转台。

1) 驱动机构

根据测算, 飞轮磨削加工时要求的参数: (1) 主轴最大扭矩约200N·m; (2) 主轴转速0转/分~100转/分。最终决定选用: (1) Y110L2-4型铝壳电机 (功率3kW, 转速1 450转/分) , 配用WWJ-075型蜗轮蜗杆减速箱 (速比1:15) , 电机与减速箱法兰式连接, 输出额定转矩为300N·m; (2) 采用FR-A540-3.7K-CH型三菱牌变频器控制电机转速, 通过调整频率将转速保持在0转/分~100转/分。

2) 主轴及回转卡盘的结构

考虑到飞轮加工时是水平放置, 决定主轴轴承座采用立式安装方式, 卡盘与主轴之间用螺栓联接, 飞轮平放在卡盘上, 飞轮内孔与主轴配合定位, 轴端用螺母将飞轮压紧。

3) 减速箱和轴承座的固定、联接

按前面所述, 铣床保留了纵向和升降进给机构, 如果在纵进滑台上加装一个底座, 将主轴轴承座组件、减速箱及电机安装到底座上面, 主轴和减速箱的轴端各安装一个链轮, 通过链条传动将两者联接起来, 为此设计的底座如图3所示。主轴轴承座组件通过8支M14螺栓固定在底座上面;减速箱及电机固定在一块滑块上, 通过滑动将链条张紧, 然后用4支M12螺栓固定在底座上。

通过调整变频器的频率来设定电机转速, 经过电机→减速箱→链条→主轴→飞轮的传动, 这套回转台就能够满足飞轮的加工要求。

4 结论

这个改造方案的优点主要体现在几方面:1) 不需对设备结构作大的改动, 基本保持原来的加工精度, 同时, 加装的回转台也能够达到加工要求, 扭矩和刚性有足够的保证;2) 利用有设备进行改造, 节约了开支, 提高设备利用率;3) 改造的费用不高, 回转台零部件可以自制, 所需成本约2 500元;采购配件包括电机及减速箱1套、变频器1台、轴承3个、电器件若干, 所需成本约4500元, 合共改造费用只需7 000元。经投产后, 这台专用磨床加工出来的飞轮完全符合图纸的技术要求。因此, 这项将万能铣床改成飞轮专用磨床的技术改造是比较科学和经济的。

摘要：健身器材产品——脚踏车投入试产, 其中需要加工的一个关键零部件是飞轮, 这个飞轮经过数控车床车削后, 需要有一台磨床能够对其外圆 (A面) 和两个端面 (B面和C面) 进行磨光。目前市场上没有这种类型的磨床, 笔者结合各方面知识, 将X6125型万能铣床改造成飞轮专用磨床, 应用于生产加工。面和C面) 进行磨光。目前市场上没有这种类型的磨床, 笔者结合各将X6125型万能铣床改造成飞轮专用磨床, 应用于生产加工。