前言

气缸作为气动系统中最重要的执行元件在工厂、企业中得到了广泛的应用。但气缸完成一个工作行程后，原工作腔内的气体要排向大气，放掉的这部分有压空气仍然具备做功的能力，若能加以回收利用，对整个工业系统来说，具有重大的节能意义。但若直接用一气罐与气缸排气腔相连进行排气回收，经过几个工作循环后，气罐内压力逐渐升高，可能会对执行元件的运动特性产生不利影响；而若在气缸等执行元件排气侧直接接一微型涡轮发电装置进行能量回收再利用，亦可能会对执行元件的原有动态特性产生影响。针对这些问题，本书给出了两种技术方案，既能对执行元件排气侧压缩空气的压力能尽可能多地回收利用，又对原有系统的动态特性影响较小。为此，本书对气压传动系统排气回收节能所涉及的关键技术问题的深度理论分析和实验研究成果进行了全面阐述，提出了两种创新性的气缸排气能量回收技术途径。

一是通过附加排气回收控制装置将气缸排气腔的有压空气回收到气罐中，并作为中压气源再利用，以实现节能。首先，研究了一种高效的、适合于工业应用的回收系统组成形式；然后建立了相应的系统数学模型；并通过仿真和实验，分析了系统实现所要解决的关键性控制技术问题。为了获得关键性的控制技术指标以控制排气回收过程的起、停切换，给出了气缸排气回收切换控制判据及控制策略。首先，在对排气回收控制过程进行理论分析的基础上，推导出了排气回收切换控制压差的理论表达式。分析表明，排气回收切换控制压差与气源压力等参数有关，气源压力为0.2～0.5MPa排气回收时，其变化值约为0.02～0.05MPa；另外，为了简化回收控制策略和控制装置，且使控制压差更加可靠、适用，在实际应用中，建议切换控制压差取一固定值0.05MPa，并将该值作为排气回收切换控制判据，这为排气回收控制装置的设计及工程实际应用打下了基础。此外，为了实现排气回收切换控制过程，且使排气回收控制装置能够在实际中便于推广应用，根据气缸排气回收控制判据及控制策略的分析，分别设计了定差减压阀控制和差压开关控制两种排气回收控制装置。实验结果表明，差压开关控制装置相对较好。最后，为了分析排气回收控制系统的回收效果，提出了系统排气回收效率的评价方法。分析表明，系统排气回收效率与气罐内的初始回收压力等参数有关；然后应用该评价方法对排气回收系统的回收效率进行了实测计算。实测计算结果表明，排气回收系统可实现较高的回收效率，如气源压力为0.5MPa，回收气罐内的初始压力在0～0.3MPa排气回收时，系统排气回收效率可达80%以上。

二是设计了微型排气回收高效节能涡轮发电系统，将执行元件排气腔的压力能转换为电能进行储存、利用。首先，分析了常规气压传动系统的充排气特性，建立了气动系统数学模型以及AMESim仿真模型；通过理论分析以及大量的实验验证，利用SolidWorks设计了微型涡轮排气回收装置的三维结构以及该装置与原气动系统的连接通用接口；为了分析涡轮发电装置的发电特性以及对其进行改进优化设计，利用ANSYS/FLUENT对微型涡轮及蜗壳进行了流场分析和强度校核，分析了不同涡轮结构、叶片数量以及入口导流形式等对涡轮输出转矩的影响规律，定量给出了涡轮叶片数量与输出转矩之间的对应关系；对附加微型涡轮发电装置的气动系统进行实验，验证了所建立的数学模型及仿真模型的有效性，揭示了在不同工作压力下气缸运动特性及微型涡轮发电装置的起动特性和发电特性，为微型排气回收高效节能涡轮发电装置作为节能附件应用到气动系统中打下了基础。

综上，上述两种气缸排气能量回收装置不仅节能效果显著，且具有良好的应用前景。

由于时间仓促，作者水平有限，书中错误在所难免，敬请批评指导。

石运序