计量齿轮泵Word格式文档下载.docx

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1.1齿轮泵简介4

1.2齿轮泵工作原理4

1.3齿轮泵的优势5

1.4计量齿轮泵的应用场合6

2计量齿轮泵调速控制系统总体方案6

2.1计量齿轮泵主要结构和系统工作原理6

2.1.1直流电机类型6

2.1.2直流电机结构7

2.1.3直流电机工作原理7

2.1.4直流电机主要技术参数8

2.2直流电机调速控制系统发展8

2.3直流电机调速控制系统设计9

2.3.1直流电机调速方案9

2.3.2直流电机PWM调速原理11

2.3.3PWM电机调速原理12

2.3.4PWM实现方案论证13

2.4总体方案14

2.4.1单片机简介15

2.4.2系统总体设计图17

3系统性能分析17

参考文献19

1概述

计量齿轮泵设计紧凑，体积小巧，精确表现适用于各种高科技领域。

独特的磁力驱动方式使泵室完全密闭，广泛应用于各种腐蚀性液体环境，确保高度的安全性。

1.1齿轮泵简介

齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。

由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间，当齿轮转动时，齿轮脱开侧的空间的体积从小变大，形成真空，将液体吸入，齿轮啮合侧的空间的体积从大变小，而将液体挤入管路中去。

吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。

齿轮泵的排出口的压力完全取决于泵出处阻力的大小。

1.2齿轮泵工作原理

齿轮泵的概念是很简单的，即它的最基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相互啮合旋转，这个壳体的内部类似“8”字形，两个齿轮装在里面，齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。

来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间，并充满这一空间，随着齿的旋转沿壳体运动，最后在两齿啮合时排出。

　　在术语上讲，齿轮泵也叫正排量装置，即像一个缸筒内的活塞，当一个齿进入另一个齿的流体空间时，液体就被机械性地挤排出来。

因为液体是不可压缩的，所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间，这样，液体就被排除了。

由于齿的不断啮合，这一现象就连续在发生，因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量，泵每转一转，排出的量是一样的。

随着驱动轴的不间断地旋转，泵也就不间断地排出流体。

泵的流量直接与泵的转速有关。

　　实际上，在泵内有很少量的流体损失，这使泵的运行效率不能达到100%，因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧，而泵体也绝不可能无间隙配合，故不能使流体100%地从出口排出，所以少量的流体损失是必然的。

然而泵还是可以良好地运行，对大多数挤出物料来说，仍可以达到93%～98%的效率。

　　对于粘度或密度在工艺中有变化的流体，这种泵不会受到太多影响。

如果有一个阻尼器，比如在排出口侧放一个滤网或一个限制器，泵则会推动流体通过它们。

如果这个阻尼器在工作中变化，亦即如果滤网变脏、堵塞了，或限制器的背压升高了，则泵仍将保持恒定的流量，直至达到装置中最弱的部件的机械极限（通常装有一个扭矩限制器）。

对于一台泵的转速，实际上是有限制的，这主要取决于工艺流体，如果传送的是油类，泵则能以很高的速度转动，但当流体是一种高粘度的聚合物熔体时，这种限制就会大幅度降低。

齿轮泵由一个独立的电机驱动，可有效地阻断上游的压力脉动及流量波动。

在齿轮泵出口处的压力脉动可以控制在1%以内。

在挤出生产线上采用一台齿轮泵，可以提高流量输出速度，减少物料在挤出机内的剪切及驻留时间，降低挤塑温度及压力脉动以提高生产率及产品质量

1.3齿轮泵的优势

齿轮泵常常被用于流量计量，或被用于粘稠流体或稀流体的输送。

用于流量计量时，齿轮泵与隔膜泵和柱塞泵相比是差不多的。

由于三种泵在给定条件下都能产生恒定的体积流率，故它们都是良好的计量泵J。

然而，三种泵都有其各自的优势和劣势。

例如，隔膜泵和柱塞泵能用于高压和流率很低

（可低到l0L／h以下）的输送，但它们的劣势在于产生的流动是脉动的，这会给管子造成应力。

当被用于输送粘性液体时，应力可引起紧靠泵下游的球阀（隔膜型）回位不佳。

此外，对气动式隔膜泵而言，单是压缩空气的费用可能就不低。

齿轮泵适用的流量范围很广。

较小的齿轮泵流率可低至1．9lJmin，而较大的则可高达208L／min以上。

齿轮泵的突出特点包括：

（1）流量易测量，且无脉动；

（2）具有优良的提升能力、效率高；

（3）易于自动化（包括采用反馈控制）且自动化费用低；

（4）驱动机构不复杂；

（5）无垫片式设计（达到零泄漏）；

（6）采购方便容易。

1.4计量齿轮泵的应用场合

计量泵是作为流体精密计量与投加的理想设备，它可以满足各种严格的工艺流程需要，工作流量在1-100%范围内可以无级调节，是用来输送液体的一种特殊容积泵，特别是输送腐蚀性液体。

目前计量泵被广泛在应用到各个领域，如制药，食品加工，饮料加工，石油化工等，在这些工业工作中，它担负着强腐蚀性，毒害性以及高粘性和高压介质的计量添加任务。

2计量齿轮泵调速控制系统总体方案

2.1计量齿轮泵主要结构和系统工作原理

计量齿轮泵由齿轮泵、直流电机、直流电机调速控制系统组成。

在这里主要介绍直流电机和直流电机调速控制系统。

2.1.1直流电机类型

直流电机可按其结构、工作原理和用途等进行分类，其中根据直流电机的用途可分为以下几种：

直流发电机（将机械能转化为直流电能）、直流电动机（将直流电能转化为机械能）、直流测速发电机（将机械信号转换为电信号）、直流伺服电动机（将控制信号转换为机械信号）。

下面以直流电动机作为研究对象。

2.1.2直流电机结构

直流电机由定子和转子两部分组成。

在定子上装有磁极（电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供），其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出,直流电机结构如图2.1所示。

图2.1直流电动机结构

2.1.3直流电机工作原理

直流电机电路模型如图2.2所示，磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体，圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。

当线圈中流过电流时，线圈受到电磁力作用，从而产生旋转。

根据左手定则可知，当流过线圈中电流改变方向时，线圈的受方向也将改变，因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。

图2.2直流电动机电路模型

2.1.4直流电机主要技术参数

直流电机的主要额定值有：

额定功率Pn：

在额定电流和电压下，电机的负载能力。

额定电压Ue：

长期运行的最高电压。

额定电流Ie：

长期运行的最大电流。

额定转速n：

单位时间内的电机转动快慢。

以r/min为单位。

励磁电流If：

施加到电极线圈上的电流。

2.2直流电机调速控制系统发展

早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。

随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。

由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。

所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。

所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。

微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越高。

此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。

为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。

对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。

现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。

对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。

通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。

目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；

交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节[2]。

高性能的微处理器如DSP（DIGITALSIGNALPROCESSOR即数字信号处理器）的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。

在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。

2.3直流电机调速控制系统设计

2.3.1直流电机调速方案

方案一：

PWM波调速

采用由达林顿管组成的H型PWM电路（图2.3）。

用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。

这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；

H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；

电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。

我们采用了定频调宽方式，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；

并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。

且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。

图2.3PWM波调速电路

方案二：

晶闸管调速

采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流电动机调速系统。

1957年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了60年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M系统）。

如图2.4，VT是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。

晶闸管整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；

晶闸管可控整流器的功率放大倍数在以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。

在控制作用的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。

因此，在60年代到70年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（