代写硕士毕业论文5篇

本文是一篇硕士论文，硕士论文是攻读硕士学位研究生所撰写的论文。它应能反映出作者广泛而深入地掌握专业基础知识，具有独立进行科研的能力，对所研究的题目有新的独立见解，论文具有一定的深度和较好的科学价值，对本专业学术水平的提高有积极作用。（以上内容来自百度百科）今天为大家推荐一篇硕士论文，供大家参考。

 

 

第1章 绪论

 

1.1  课题的背景、研究的目的及意义

旋转机械在航空航天、制冷、农业、石油工业等行业中取得了广泛应用，因此人们对轴承提出了越来越高的要求：高转速和高精度之外，更要求其能够在高、低温等极端工作环境中有良好的表现。传统的滚动轴承、液体滑动轴承由于具有较高的承载能力、较好的稳定性等优点而被普遍应用于各种机械设备中，但是内部结构的复杂性、滚动体在高速运转时产生的离心力以及轴承发热等因素也限制滚动轴承向超高精度、超高速度等方向的发展，成为精密工程、航天、制冷设备领域发展的瓶颈。 气体轴承利用空气压力使转子浮起，并采用空气作为润滑剂，它具有高转速、高精度、耐寒、耐热、低摩擦、无污染、使用寿命长等特点[1]  。1854 年，法国学者赫恩提出由空气充当润滑介质，这是气体润滑理论最初的构想。20 世纪初，随着精密工程的发展与需求，气体润滑技术得到了新的发展并逐渐受到了人们的重视。通过气体压力是由气体本身运动产生还是外界施加，人们将气体轴承区分为气体动压轴承和静压轴承。其中静压气体轴承需要供气系统产生的高压气体实现承载与润滑，其系统结构的复杂性也限制了静压轴承在一些领域的广泛应用。动压气体轴承理论上是通过转子与转套之间形成的楔形间隙形成动压气膜实现承载，无需专门的供气系统，结构较轻巧方便[2]。 弹性动压箔片轴承中装有弹性箔片，弹性箔片上产生动压气膜并引起弹性变形。由于弹性元件的作用，箔片结构的变形能够减弱转子不对中因素以及其他形式的装配误差，提高了轴承的适应能力。当转子出现扰动时，箔片结构的阻尼特性能够抑制这种振动或能量，通过摩擦或结构变形将扰动能量释放，使转子系统运转。近些年，各交叉学科的诞生给箔片轴承的研究提供了新的思路，其中材料学科、金属热处理工艺、精密加工工艺等方向的引入大大提高了此类轴承的性能，并在高速重载机械设备以及一些极限条件下的机械设备中占有一席之地[3]。气浮轴承以空气作为润滑介质，避免固体或液体表面直接接触，因此获得了极小的摩擦转矩，这使得转子系统运转轻巧灵活，易启动易控制。 

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1.2  径向波箔气体动压轴承研究现状

波箔轴承的研究至今已有五六十年的发展，起初是由国外提出并开始研制，国外学者提供了大量的轴承设计结构样式以及建模方法。从箔片轴承提出至今，波箔轴承的类型演变出了以下几种形式： （1）第一代波箔型动压气体轴承    图 1-1 所示为第一代波箔轴承的结构。轴承主要零件有：平箔片、波纹箔片和轴承套。其中平箔片与波箔片一段固定于轴承套，另一端可沿着周向自由滑动，并且两种箔片构成波箔轴承中的弹性箔片结构，在载荷力的作用下一起发生变形 上世纪八十年代，第一代波箔轴承被成功地在波音 747 的制冷空气循环系统中。后来，Hamilton 在第一代轴承的基础上在第一代轴承中平箔片与顶箔片之间加入中间箔片，形成了多层结构，如图 1-2 所示，提高了箔片结构的整体刚度。这三层箔片能够形成双层弹性支承，相当于两层弹簧系统并联，提高了轴承抗震能力，多层箔片结构能使刚度变化更加均匀，防止刚度突变。1982 年，这种轴承成功应用于 F22 战斗机的空气制冷设备中。

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第2章 径向波箔气体动压轴承理论建模

 

2.1  引言

波箔型轴承的变形计算涉及的弹性箔片结构都为非刚性体，较难进行数学建模。而它在工作时摩擦产生的热变形以及阻尼等也使得准确建立它的数学模型和受力模型比较困难。目前波箔型空气轴承的研究难点主要集中于气膜压力引起的弹性变形与 Reynolds 方程之间的流固耦合的相关问题上。 本章对波箔径向轴承中的箔片结构的建模方法进行了阐述。对于顶层平箔片，分别介绍一位梁模型和二维板模型的建模方法。分别采用最小势能法和伽辽金法推导单元刚度矩阵。对于波箔片，分析波纹单元的形状特点，通过多个直梁单元固接进行近似建模，重点分析端点的滑移状态与受力状态。计算其变形和刚度，并与文献中的经典理论模型结果进行比对。

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2.2  径向轴承工作原理 

如图 2-1 所示为第一代径向波箔气体动压轴承的结构简图。平箔与波箔搭接，一段固定于轴承套内壁，另一端不进行约束，箔片段与轴承内圈表面接触。平箔片表面产生动压气膜，它与转子之间的气膜厚度决定了气膜压力，而平箔片表面质量、摩擦力对轴承启停瞬间的磨损有着较大的影响。 当转子开始高速转动时，转子在轴承内孔中靠静摩擦力滚动，滚动到一定高度转子与轴套分离，由于转子半径小于轴承套内孔半径，转子与平箔表面产生偏心距，中间形成收敛型间隙，产生动压气膜。按照 Reynolds 方程的阐述条件，气膜压力的产生需要以下几个条件：（1）相对运动表面要形成收敛楔形间隙；（2）两楔形间隙中存在着具有粘性的流体；（3）在相对运动的固体表面的带动下，粘性流体从楔形间隙的大端进入，小段流出。 如图 2-1 所示，轴颈在载荷压力的作用下发生偏心位移，因此其与轴承套内圈表面形成了收敛性间隙。随着轴颈的旋转（图中为逆时针），轴颈表面的粘性束缚表面空气，使之沿线速度方向运动，如图 2-2 所示，气体进入收敛空间产生了动压气膜压力。随着转速提高，气膜压力也逐渐增加，直至压力能够使轴颈与轴承壳内壁完全分离。 

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第 3 章  径向波箔轴承静特性的分析......... 30 

3.1  引言 ....... 30 

3.2  压力方程与气膜间隙分布的推导 .... 30 

3.3  求解 Reynolds 方程 ......... 33

3.4  本章小结 ........ 42 

第 4 章  波箔止推轴承静态特性的计算与仿真........... 44 

4.1  引言 ....... 44 

4.2  止推轴承气体润滑方程的推导 ........ 44

4.3  波箔型止推轴承静态特性分析 ........ 51 

4.3.1  计算程序验证分析 ........... 51 

4.3.2  轴承静态特性分析 ........... 52 

4.4  本章小结 ........ 57 

第 5 章  轴承测试实验平台的搭建及轴承特性实验研究.... 58 

5.1  引言 ....... 58 

5.2  轴承测试试验平台的搭建 ....... 58 

5.3  径向轴承加工方法的探究 ....... 59 

5.3.1  主要零件的结构设计 ....... 59 

5.3.2  箔片的成型方法 ...... 60 

5.3.3  箔片的热处理办法 ........... 62 

5.3.4  径向波箔轴承的装配 ....... 63 

5.4  径向轴承静态特性实验结果 ............ 64 

5.5  止推轴承静态特性实验结果与分析 ......... 65 

5.6  本章小结 ........ 68   

 

第5章 轴承测试实验平台的搭建及轴承特性实验研究

 

5.1  引言

为了验证前文对于径向轴承与止推轴承的理论分析的正确性与可靠性，需要对径向轴承和止推轴承进行进一步的实验研究。首先要搭建用于测量两类轴承的实验平台，选取合适的电主轴与相应的测量系统。对径向波箔轴承的加工工艺展开研究，设计轴承套、波箔模具、中心套筒等关键零件。在实验室已有对于止推轴承实验研究的基础上，继续探究出口气膜厚度、箔片厚度以及镀层对轴承性能的影响，并与第 4 章结论进行对比验证。

 

5.2  轴承测试试验平台的搭建

图 5-1 所示为轴承测试实验平台系统示意图，实验平台由高速电主轴、控制系统、空气压缩机、冷水机、测量系统五部分组成。其中高速电主轴来自于企业制造的专业气浮主轴，实物如图 5-4 所示，转速最高可以达到 12 万  rpm。图 5-2  a）和图 5-2 b）分别为径向轴承和止推轴承测试实验平台，对于两种轴承，其沿着载荷方向的位移由高精度球杆仪来测量，摩擦力矩采用高精密天平通过传力杆来间接测量。径向轴承实验载荷通过钢丝悬挂重物来施加，止推轴承载荷通过采用螺旋推力计在静压气浮轴承伸出端处施加。 

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结   论

 

尽管近年来箔片气体动压轴承技术在我国取得了快速发展，并且国内，部分产品已经成功被开发出来并应用到工程中，但是无论其应用的广度还是对轴承技术研究的深度尚与国外有差距。本文针对箔片轴承中的波箔型径向轴承和止推轴承分别展开研究。分别建立两种轴承的气体 Reynolds 方程和箔片变形方程，计算了轴承相关的静态特性，得到轴承的静态参数。在实验方面，设计并加工径向轴承的各部分零件，探讨箔片结构的成型与热处理工艺；对止推轴承更改关键参数，加工出了一系列具有不同参数特性的轴承。 主要结论如下： 

（1）基于欧拉梁模型，建立了考虑库伦摩擦力的波箔变形力学模型，设计了判断摩擦力状态的算法。通过对波箔结构加载计算发现：波箔结构的刚度随着载荷形式、大小的变化而变化，在靠近固定端一侧，波箔滑移趋势较小，静摩擦状态的几率较大；随着摩擦系数的增加，波纹单元滑移条件更不易满足，刚度越大。 

（2）完成了径向波箔轴承的气弹耦合计算，在传统气弹耦合计算的基础上，将考虑库伦摩擦效应的模型融入到耦合计算中，得到了相关的静态特性：由于波箔结构对箔片整体刚度的贡献，气膜厚度的变化随着波箔刚度增大而减小；气弹耦合承载力计算值要小于刚性动压轴承；与线弹簧模型对比，本模型的承载特性结论与文献实验数据误差更小，因此更加可靠准确； 

（3）推导止推轴承的静态特性方程和计算流程，得到了节距比、气膜厚度、箔片刚度对止推轴承静特性的影响规律，发现：节距比对承载力的影响存在最优值；出口气膜厚度提高会削弱高压气膜，降低承载力，而入口气膜厚度对承载力存在最优值；波箔支撑刚度能够降低箔片变形，提高承载力，但是过高刚度会降低轴承的阻尼和稳定性.

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参考文献(略)

 

 

第 1 章  绪   论

 

1.1研究的背景及意义

随着国内几十年经济的高速发展，目前是全球最大的 AGV 等工业机器人需求市场。根据 IFR2015 年发布的关于世界机器人用量的报告，预计到 2017年，中国机器人总量将会比现在增长近两倍，达到 42.8 万单位，高于欧洲的34.3 万单位以及北美的 29.2 万单位，成为世界上工业机器人用量最多的国家。但是由于我国工业基础庞大，因此机器人平均使用率远远低于发达国家。另外，我国正面临着人口老龄化严重、劳动力成本上升和产业结构升级的压力，制造业等行业激烈的竞争将促使各种产业的升级与优化。AGV 产品作为先进制造业的支撑技术和信息化设备之一，对未来生产和社会发展起着重要的作用，因此具有巨大的市场空间[1]。 AGV 是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。自上世纪 60 年代世界上出现第一台工业 AGV 以来，AGV 技术及其产品经历了快速的发展，出现了各种类型的 AGV。根据导航方法分为磁带/色带导引、惯性导航、视觉导航、激光导航等；根据工作方式分为牵引式 AGV、潜伏式 AGV 与叉车式 AGV 等。国内在AGV 产品及应用技术上并没有太多核心技术积累和创新，主要以组装和外观结构设计为主，在自动化、智能化等方面落后于国外同类产品，高端产品相比于国外有 20 左右的差距。 目前物料的运输主要靠人工操作的叉车。人工叉车一方面需要具有一定熟练程度的工人，在工作时间上，工人不可能持续操作，因此需要更多的工人轮流操作，这会增加生产成本；另一方面，相对于人工操作的叉车，自主导航叉车可以一天 24 小时不间断的运行，且精度高、安全可靠。除此之外，自主叉车的成本并不是很高，短期内即可收回投资成本，回报率较高。因此大量采用自主导航叉车，可以降低企业的运营成本，提高市场竞争力。叉车式 AGV 的应用如图 1-1 所示。 

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1.2 研究综述

AGV 自身导航的方法是整个导航系统核心内容，导航的方法对导航系统的精度、可靠性以及稳定性有着重要的影响；除此之外，它还对 AGV 产品的生产成本以及自动导航实现的难易程度同样起着不可忽视的作用。近年来，国内外众多学者都活跃在 AGV 导航领域的探索与完善等方面。目前该行业已经开发出的导航方法有磁带导航、光学导航、激光导航、惯性导航[2]等，每个自导航方法的优缺点以及导航相关的关键设备如表 1-1 所示。 随着生产制造的自动化、智能化及集成化，关于自动导航移动平台的研究也越来越多。J.Pagès 等人开发了基于自动导航叉车式 AGV 的计算机视觉导航系统[3]，该系统通过反馈控制实现对期望路径信息的跟踪。Michael Seelinger[4]等人开发了基于视觉导引的自动导航叉车，采用移动相机空间操控的视觉导引方法，可以不依赖于相机的标定而获取叉车的精确位姿信息。Tua Agustinus Tamba[5]等人将叉车式 AGV 的运动模型转变为路径变量描述的方程，通过由Murray[6]等人提出的链式法推导出时变反馈控制策略。 本文基于模糊逻辑控制算法实现叉车式 AGV 对期望路径的实时跟踪，关于移动机器人模糊控制算法的研究也是最近研究的热点。Tamoghna Das[7]针对轮式移动机器人设计了启发式模糊逻辑控制方法，并结合李雅普诺夫法分析了其稳定性。Bong-Jae Rhee[8]针对 T-S 模糊控制系统的设计提出了一种新的李雅谱诺夫函数方法，并将其应用在移动平台上。Oscar Castillo[9]分别采用粒子群算法，为移动轮式机器人设计与优化模糊控制算法的隶属函数参数。 

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第 2 章  激光导航叉车运输系统设计与分析

 

2.1 引言

以激光导航叉车为运输设备的运输系统，是一个比较复杂的综合系统。它包括独立的激光导航叉车及统一调度管理软硬件平台。本章主要设计与分析激光导航叉车导航系统的基本结构与功能，以及统一调度管理软硬件平台的整体架构与功能。

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2.2 叉车系统方案设计

本文研究的具有自主导航功能的激光导航叉车式 AGV 是自动化车间中物流运输系统的核心设备之一，它是基于进口的手动电动叉车，通过安装自主开发的激光导航系统而设计的。本文所改装设计的激光导航叉车，如图 2-1 所示。 根据该图可以比较详细地了解该叉车的基本结构。主要包括基本的林德手动叉车、工控机、激光雷达以及防撞设备。工控机是叉车整个软件系统的主要的运行设备，它包括所有的地图构建算法、运动控制算法等。防撞设备主要包括激光雷达、机械防撞、力防撞及触碰防撞等装置，所有的防撞系统构成了三维的防撞系统确保了叉车安全稳定的运行。其中上方的激光头还用来构建应用环境的平面地图，是实现定位最主要的传感器。激光导航叉车式 AGV 是基本手动电动叉车和激光导航系统相结合的无人驾驶自动物料搬运设备。它的基本功能是，在没有人的干预下，自动的将指定地方的货物搬运到指定的地点。激光导航系统依靠自身的激光传感器和编码器感知叉车运行环境信息，然后通过相应算法构建周围环境地图，最后根据任务的起点终点确定运行的期望路线，采用反馈控制实现路径的跟踪控制，以完成相应的任务。本文中其搬运的物体主要为装有汽车零部件的箱体，在加工区如图 2-2 所示，搬运目标区为立体仓库，如图 2-3 所示。 

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第 3 章  叉车运动控制系统模糊算法设计 .... 16 

3.1 引言 ....... 16 

3.2 基于模糊算法的叉车运动控制 ....... 16 

3.3 控制器参数优化 ..... 24 

3.4 本章小结 ........ 29 

第 4 章  基于 Petri 网叉车调度方法的研究 ........... 30 

4.1 引言 ....... 30 

4.2 多 AGV 运输系统 Petri 网建模方法 ....... 31 

4.3 Petri 网系统分解建模方法 ...... 37 

4.3.1  一次变迁分解 ........ 38 

4.3.2  二次变迁分解 ........ 41 

4.3.3  建立优化目标函数 ........ 43 

4.4 Petri 网系统优化 .... 44 

4.5 本章小结 ........ 47 

第 5 章  叉车式 AGV 实验与分析 ......... 48 

5.1 引言 ....... 48 

5.2 运动控制仿真与实验 ..... 48 

5.2.1  搭建仿真平台 ........ 48 

5.2.2  仿真与分析 .... 48 

5.2.3  实物实验与分析 .... 51

5.3 调度管理仿真 ........ 54 

5.3.1  搭建仿真平台 ........ 54 

5.3.2  仿真与分析 .... 55 

5.4 本章小结 ........ 57 

 

第 5 章  叉车式 AGV 实验与分析

 

5.1  引言

在前面几章，设计了模糊控制算法、建立了调度管理模型以及提出了多AGV 路径规划优化方法。本章主要通过搭建 GAZEBO 仿真平台，用来验证本文采用方法的可行性，通过激光导航叉车实物进行实验用来验证方法的实用性。除此之外，还将仿真与实验结果同其它常用的方法进行对比分析。 对于激光导航叉车式 AGV 的运动控制的验证与分析，首先在 GAZEBO仿真平台上进行仿真，获得与理论相符的仿真结果。然后，将设计的运动控制算法用于激光导航叉车上进行现场实验。 要搭建基于机器人操作系统（ROS）下的 GAZEBO 仿真平台，首先根据客户需求的手动叉车基体的基本型号及其基本结构与尺寸，在 SolidWorks 下对其进行三维建模，然后在 GAZEBO 内搭建用于仿真的场景，并将叉车三维模型导入，即可得到静态的仿真平台。最后将对应的叉车运动模型的正、逆解方程写成相应的插件的形式导入静态仿真平台，即可得到用于叉车运动控制的仿真平台，如图 5-1 所示。该仿真平台可以比较真实地反映叉车运动状态。 

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结   论

 

AGV 自动运输系统作为先进制造业的支撑技术和信息化设备之一，对未来生产和社会发展起着重要的作用，因此具有巨大的市场空间。本文基于激光导航叉车式 AGV 为研究对象，分析与设计了叉车 AGV 的导航系统组成与调度管理的硬件平台，并开展了运动控制与调度管理方法的研究。通过 GAZEBO平台下的仿真以及实物实验，对研究中提出的方法进行了验证。本课题研究中取得的主要研究成果如下： 

（1）基于李雅普诺夫共轭梯度法设计了叉车运动控制模糊控制算法，进行了 GAZEBO 平台的仿真分析与叉车运动控制实验验证； 

（2）采用基于二次变迁的 Petri 网分解方法，将复杂的 Petri 网系统模型分解为多个简单、独立的子网。分析了网系统中每个 AGV 的运行约束条件及库所的状态变化规律，建立了以系统 AGV 总体运行时间为标准的目标函数。 

（3）分析了基于节点与边树形组合优化方法，用于求解本文的优化目标函数，获取每个 AGV 变迁激活顺序，使得目标函数最小。通过仿真验证了方法的可行性。 

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参考文献(略)

 

 

第一章 绪论

 

1.1 课题背景及研究意义

人们的生活离不开能源，随着石油、煤炭等化石燃料储量的日益减少，人类对新能源的开发及利用也日益的增多，尤其以其中的太阳能、核能、风能、水能为主。不过2011 年 3 月日本福岛核电站的爆炸事故让我们意识到核能所具备的“潜在危险性”，而风能和水能的利用受地域等其他条件的限制太大，所以发展利用太阳能将会在未来的新能源界占主要地位[1,2]。太阳能利用分为光伏和光热两大模块，其中光伏发电效率在 15%~20%之间，相比之下光热的转换效率更高，可达 60%~75%，大大减少了能量的流失[3]。在太阳能热利用方面，近年来我国的太阳能热水器年产量和保有量持续增长。据资料统计表明，各类商业建筑能耗中，卫生热水能耗比重为：写字楼 2.7%，商场 10.7%，饭店 31%，医院41.8%。城市民用建筑热水能耗，仅洗澡热水用能就接近 20%的比重。我国目前有 3.5亿家庭，按较低标准计算，每日每户供应 55℃热水 100L，从 15～55℃共需 4.5×103×103卡热量。按平均电价计算，电费约为 1140 元/年，全国加起来就是 3990 亿元左右，可见光热产品的普及和使用对节能具有十分宽广的前景[4,5,6]。众所周知，电加热热水器或者煤气燃烧加热热水都具有潜在的危险，稍不注意就可能会引发意外事故，以往有关这方面的消息比比皆是[7,8]。而太阳能热水器通过利用吸收太阳能来循环加热水箱里的水，人们可以直接使用，安全且不具有隐患，同时还能节省资源，响应政府的号召。随着生活水平的提高和对太阳能技术的开发及探索，人们对生活需用品的质量要求也会有所不同，太阳能热水器以其独有的特点将会发挥更大的优势占据更多的市场份额[9]。如图 1-1所示为太阳能热水器的年使用量统计图及未来发展趋势图，自 2009 年政府出台新政策以来，太阳能热水器及其他相关家电也被纳入了下乡政策补贴上，这一举措极大地推广了太阳能热水器的发展，所以可以从图中看到其年使用量正以较快的速度在增长，从趋势图分析，在未来的五年内，我国太阳能光热利用行业仍将年均增长 30 %[10]。

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1.2 热管制造技术研究现状

目前平板型热管在国内仍处于市场试用期，其涉及到的理论问题以及制造工艺都还有很大的发展空间，也因此导致其价格昂贵。国外研究颇多的是美国 THermacore、日本 Fujisan 公司，而国内外文献中主要对圆柱形微热管的研究较多[31,32]，尤其是沟槽式吸液芯热管，而平板型热管的研究还处于实验分析阶段，相关理论相对较少。Peterson[33]指出抽真空灌注技术具体按工序先后可分为先抽真空后灌注技术和先灌注后抽真空技术。高黑兵[34]等针对圆形铝质管材，提出了一种适用于铝热管管壳收口的行星自旋压收口方法，以保证热管管壳在不移动的情况下，同时进行抽真空、工质封装等工序，并设计制造出“行星自旋压收口装置”，成功用在铝热管制造过程中的收口工艺。方彬[35]提出了一种利用旋压余热来排气制造热管的方法。具体内容为：先对热管的一端旋压封口，然后对另一端旋压封口但留一个小孔，接着从小孔处快速灌入定量工质，此时利用最先旋压那端的余热来排气，待真空度达到要求值时，最后将小孔封口。该方法操作困难，特别对于一些易挥发的工质（如乙醇、丙酮等）而言，工质总量难以控制，生产效率低。邵建中[36]等设计了一套组合了热管工质提纯、抽真空、灌注工质的微热管制造系统，该系统由玻璃管路元件制造组成，以方便看清液体的提纯过程和观察热管的抽真空和充液情况。系统属于立式结构，分为上下支两部分，上支完成工质的提纯与填充，下支完成微热管的抽真空与工质灌注以及除气。具体表现为：先由活塞灌入液体工质到圆柱形玻璃容器，然后利用真空机组和装有冷剂的敞口杜瓦瓶对灌入的液体工质作冷冻和融解以实现工质提纯，提纯完液体工质后，用电热吹风机和浸泡在冷剂内铜棒冷却的低温套把液体工质转移到带有刻度的量管内，热管充液时使用低温敞口杜瓦瓶协助使液体工质顺利灌注入管内，最后用电热丝作真空除气。

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第二章 双腔体系统设计起源

 

2.1 引言

目前，有关平板铝热管制造技术研究的文献还相对比较少，实际生产中铝热管的制造以半自动化为主。铝热管的生产制造过程中仍有许多问题需要解决，如生产效率低、热管制造完成后余料浪费严重、残余工质影响生产等，这些都是阻碍铝热管的推广和进入市场的重要因素，由此可见，对铝热管制造技术的研究将有助于推进铝热管的大批量生产和实际应用。若对设备进行优化设计，最开始都应该是先从对产品的了解入手。只有先明确了产品的特性、应该具备的功能、对制造的要求等，才能保证设计能有计划地进行。所以本章将对铝热管的结构特性、工作原理、工质要求等做基本了解，以现有铝热管设备为原型进行设计前的构思确定，对比现有热管的制造技术，确认最适合产品的制造技术，解决原型设备存在的问题，完成优化设计方案。

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2.2 双腔体系统设计基础

本文研究的热管属于平板铝热管（如图 2-1a、b、c 所示），平板形状可以将热管贴在蓝膜上，而且和蓝膜是面与面的贴合，热流量传递效率比圆形热管的线接触更高。与铜、钢相比，所用铝型材 1100 具有质量轻、便于运放、价格便宜的优点。铝热管内的微槽道起提供毛细压力及工质回流通道的作用，因为铝热管具有规则的结构特征，可以通过设计与测量得到的几何参数计算出其理论毛细极限，且即使发生弯曲变形，传热性能也不会发生变化，继续保持工作状态。此外，铝热管不工作时，腔外是大气压力，腔内保持负压，容易导致变形；铝热管工作时，腔内工质受热蒸发，压力迅速上升，会出现受力不均的现象。基于以上问题所在，在铝热管腔内设计了加强筋，增强了整体强度，保证了铝热管在内外压差下保持不变形，而且加强筋的存在让其内部分成了互相独立的通道，即使其中一个通道失去效力，其他通道也不会受影响，相对延长了铝热管的使用寿命。从另一方面来看，铝热管不同于以往的圆形铜热管，扁平结构和多通道特征都是设计设备结构时必须加以关注的地方，平板铝热管的横截面参数如表 2-1 所示。

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第三章 双腔体系统结构设计...... 15

3.1 引言.... 15

3.2 双腔体系统结构设计总体方案........ 15

3.3 双腔体系统机构设计分析.... 16

3.4 双腔体系统抽真空与残余工质回收机构联合设计...... 27

3.5 双腔体系统自动控制流程设计........ 29

3.6 本章小结........ 31

第四章 双腔体系统机身结构有限元分析.... 32

4.1 引言.... 32

4.2 机架结构有限元分析...... 32

4.3 旋转架结构有限元分析........ 40

4.4 本章小结........ 47

第五章 铝热管设备实验测试研究.... 48

5.1 引言.... 48

5.2 充液量的均匀度测试...... 48

5.3 性能测试装置设计与测试步骤........ 50

5.3.1 性能测试装置设计...... 50

5.3.2 实验测试步骤........ 51

5.4 最大加热功率的确定...... 51

5.5 充液量对铝热管传热性能的影响.... 52

5.6 本章小结........ 54

 

第五章 铝热管设备实验测试研究

 

5.1 引言

从前面设计理念可知，基于现有生产设备优化后的双腔体系统最大的优点即生产效率高，且生产、设备、人工成本低，自动化程度高，这是企业最关注的地方。然而虽然提供了优化设计，但制造一台设备需要大量资金、人工的投入，这里并没有把双腔体系统加工出来。结合现有设备的情况，考虑到双腔体系统与现有设备的制造工艺都是采用先抽真空后灌注工质技术，本章节将通过测试部分改进后的现有设备实际制造出的铝热管（如图 5-1 所示）性能加以辅助证明优化设计的可行性。除此以外，真空度和充液量是与铝热管设备相关的能影响到铝热管传热性能的关键性因素，真空度由真空系统决定极限真空度。本章以因素分析法作为实验测试方法，通过不同参数下的测试比较，研究充液量对铝热管传热性能的影响，得出最佳生产工艺参数。铝热管设备一个非常重要的性能即是可以同时生产三根铝热管，然而同时生产的三根铝热管是否如设计说明的那样互相管内充液量相等仍然需要经过实际测试验证。在满足加工精度范围内，通过给机架增加支撑件满足强度符合要求，现通过实验测试制造出的同一组三根铝热管内部灌注的充液量是否相等以及流动损失率。

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结论

 

本论文以适用于平板太阳能集热器的铝热管为研究对象，以所在实验室研发的现有铝热管设备为基础，在综合了解铝热管及其设备之后确定了课题研究目标，提出了以双腔体系统为主题而开展的设计计划，目的在于提高设计优化后的铝热管设备生产效率和降低其生产成本，具体研究结论如下：

（1）平板型铝热管与普通的热管腔内结构有所不同，铝热管腔内设计了加强筋，把腔内分成了许多不相连的小通道，同时制造三根铝热管无法用注射器直接把工质灌注入管内，现有铝热管设备用一个主腔体来作为中间通道实现灌注，总结得出适用于铝热管的工质是丙酮，结合铝热管对制造技术的要求，对比分析确认了适用于铝热管制造的是先抽真空后灌注技术，以现有铝热管设备为设计原型，提出铝热管设备双腔体系统的功能构思。

（2）双腔体结构是本课题研究的最大创新点，额外增加一个主腔体却不是单纯用两个主腔体来同时制造热管，而是一个主腔体制造热管，另一个做残余工质回收，两者循环交替工序，这种双腔体结构不但解决了生产效率低的问题，还适用于其他需要用类似丙酮作为工质的热管制造，提出了制造技术的新方法。

（3）该系统机械结构部分按功能作用分为双主腔体机构、工质填充机构、旋转灌注机构、液压封口机构、机架附件五大模块。设计起点主腔体是铝热管制造中不可或缺的一部分，铝热管的抽真空、工质灌注都需要以它为载体，用双主腔体结构能实现同时进行抽真空灌注工序与残余工质回收工序，也减去了铝热管折弯的工序。工质填充机构设计能实现由人工填充向自动化灌注的转换。分析了旋转灌注的原理：利用连通器原理使灌注到每根铝热管管内的每个通道的充液量是一样的，同时不可忽视机架部分的对整体系统的作用，电机另外由钢架搭载确保整体的对称性，设计中间竖杆增强整体结构强度。对铝热管封口所需的力做出设计校核，提供了封口力和液压缸选型。除了结构设计方面，根据设计的双腔体系统特点，完成抽真空系统与残余工质回收机构联合设计和自动控制流程设计，提供设计原理图与自动化制造的流程说明。优化设计的目标是与现有设备相比，也可以保持同时制造 3 根铝热管，生产效率还提高 75% ，同时降低整个制造所需的生产成本，保证铝热管的制造质量。

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参考文献（略）

 

 

第一章 绪论

 

1.1 引言

随着电子技术的集成化、微型化，电子元件及设备的发热问题越来越严重[1, 2]，影响了产品的性能、寿命及稳定性[3, 4]。微热管[5]作为一种导热器件，能快速而高效地传导发热元件散发的热量，在电子散热等领域得到了广泛应用[6, 7]。由于微热管的市场需求极大，且随着电子元件的高精密化，人们对微热管传热性能要求越来越高，并且对其生产制造要求也愈加苛刻。在工业化生产中，微热管不仅需要具有一定的传热性能，还要保证其性能的稳定性。而在微热管的制造工艺[8]过程中，注液抽真空工艺是最重要的环节之一，对微热管的传热性能及其稳定性影响重大。虽然微热管发展至今已有几十年，但是，目前对微热管注液抽真空工艺的研究却很少。在工业化生产中，微热管注液抽真空工艺参数的确定，基本都是依赖经验积累，没有深入探究工艺机理，缺乏一定的科学性。因此，对微热管注液抽真空工艺的研究，有着重要的现实意义，将有助于微热管的实际生产。

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1.2 课题研究背景

 

1.2.1 微热管的工作原理

微热管的外观为一密闭管壳，其内部包含吸液芯和工作液体（即工质）。密闭管壳内部的空气分压较小，且管壳内壁上附有吸液芯结构，而一定量的液体填充在吸液芯中作为工质[9]。通常，微热管的工作情况如下：微热管的两端分别为蒸发段和冷凝段，发热元件将热量传递到蒸发段，蒸发段升温并将热量快速传导到冷凝段，冷凝段再将热量传导到外界。微热管的工作原理如图 1-1 所示，微热管蒸发段吸收热量并传导给管内液态工质，工质吸热蒸发变成气态；气态工质在管内压差作用下流向冷凝段，并在冷凝段冷凝放热，变为液态并回到吸液芯中；在吸液芯的毛细作用下，冷凝后的液态工质回流至蒸发段，再次吸热蒸发。微热管内部如是循环，将热量源源不断地从蒸发段快速传递到冷凝段，实现高效传热。微热管内部若存在不凝性气体，将会使微热管的传热性能下降。因此，在微热管的制造过程中，需要尽可能地去除管内的不凝性气体。目前，已知的去除不凝性气体的方法主要有三种：沸腾排气法[10, 11]、先抽真空后注液工艺[10]（即抽真空注液工艺）、先注液后抽真空工艺（即注液抽真空工艺，也称灌注抽真空工艺[12]）。

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第二章 微热管注液抽真空工艺工质封存量研究

 

2.1 引言

微热管的工质封存量是影响其传热性能的重要因素之一。当管内工质过少时，液态工质无法及时回流到蒸发段，蒸发段温度急剧上升，造成微热管工作失效；当管内工质过多时，液态工质会堵塞在冷凝段[43]，冷凝段的有效传热面积减少，严重时也会造成微热管失效。在微热管的工业化生产中，一方面要保证其传热性能，另一方面还要保证其传热性能的稳定性。因此，对微热管工质封存量的控制至关重要。本章将对微热管注液抽真空工艺机理进行探究，并采用可视化实验方法，观察液态工质在抽真空过程中的现象，找出影响工质封存量的关键因素，并作进一步实验探究，找到控制工质封存量精度的方法。

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2.2 微热管注液抽真空工艺机理探究

微热管注液抽真空工艺，采用先注液后抽真空工序，该工艺过程是液体在低压环境下的传热传质过程。本文所研究的微热管为铜-水微热管，其管壳和吸液芯的材料均为无氧铜，工质采用去离子蒸馏水。本节将分析水的相变机理及规律，探讨注液抽真空工艺的机理。蒸发是在液体表面发生的比较缓和的汽化现象，是液体由液态变为气态的相变过程。从微观层面上看，水的蒸发是水分子脱离水面进入空气中的过程。随着蒸发的进行，空气中的水分子数量增加，同时也有部分水分子从空气中进入水面。当空气中的水分子饱和状态时，气液相达到平衡状态，宏观上空气中的水分数量不再变化，也即为蒸发停止。由此可知，液体的蒸发与蒸汽压、液面上的气体压强等因素有关沸腾是液体剧烈汽化的现象，沸腾也是液体由液态变为气态的相变过程。沸腾现象与汽化现象的不同之处在于，其汽化现象不仅发生在液体表面，也同时发生在液体内部。因此，沸腾时汽化的液体质量比蒸发的要多。饱和蒸汽压[45]是指液体汽化速率等于其气体液化速率时的气压。饱和蒸汽压是水的物理性质，对于温度确定的水，其饱和蒸汽压也是确定的。图 2-1 为水的饱和蒸汽压与温度对应曲线。由图可知，随着水的温度的下降，对应的饱和蒸汽压急剧下降，随后趋于平缓。

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第三章 微热管注液抽真空工艺不凝性气体研究....29

3.1 引言 ....... 29

3.2 微热管不凝性气体的理论探究...... 29

3.3 微热管水浴测试平台 ......... 34

3.4 微热管不凝性气体的实验研究...... 37

3.4.1 实验对象..... 37

3.4.2 加热温度对不凝性气体的影响..... 38

3.5 本章小结 ..... 40

第四章 工艺参数对微热管传热性能的影响......41

4.1 引言 ....... 41

4.2 实验规划...... 41

4.3 工艺参数对启动和均温性能的影响.... 42

4.3.1 一除工艺参数对启动和均温性能的影响....... 43

4.3.2 二除工艺参数对启动和均温性能的影响....... 47

4.4 工艺参数对极限传热功率和热阻的影响 ........ 50

4.4.1 微热管功率测试平台......... 50

4.4.2 实验步骤与方法..... 52

4.4.3 结果与分析....... 53

4.5 本章小结 ..... 62

第五章 微热管自动注液设备设计....64

 

第五章 微热管自动注液设备设计

 

5.1 引言

工质封存量是影响微热管传热性能的关键因素之一。工质封存量的多少，直接影响微热管的传热性能，同时，在工业生产中，还需要保证工质封存量的一致性、稳定性。目前，微热管的注液过程主要依赖于人工操作，但此操作方式存在一定的不足，业界对微热管注液过程自动化程度要求越来越高。本文将根据微热管注液工艺的流程，设计微热管自动注液设备。目前的注液工艺采用人工操作，如图 5-1 所示。其工作流程为：取若干待注液的微热管，将注液针插入缩颈段的管口，操作人员踩下脚踏阀，启动注液泵，注液泵将预设定量的液态工质注入管内，注液完成后，蜂鸣器亮灯蜂鸣一次，操作者将注液针拔出，并将注液后的微热管放置好，再进行下一次注液操作。虽然人工操作能基本满足生产要求，但还是存在着一些不足之处：（1）工作效率较低，劳动力成本较高。采用人工操作时，每人每次只能对一支微热管进行注液，工作效率较低。同时，为了提高生产产量，只能增加操作人员，劳动力成本较高。（2）自动化程度低，操作人员容易劳动疲劳。微热管的注液动作较为单调，操作人员每天需要完成几千次乃至上万次的注液动作，随着操作动作的重复次数、操作时间的增加，容易造成操作人员视觉疲劳、操作疲劳，影响操作人员的操作。（3）无法完全保证注液质量。由于是人工操作，不可避免会有人工的误操作，出现漏注或是重复注液的情况，将影响微热管后续工艺的进行，最终影响了生产效率。

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结 论

 

本文以微热管注液抽真空工艺问题为出发点，先对微热管注液抽真空工艺的机理进行分析探究，通过可视化实验观察抽真空过程，以更好地理解注液抽真空工艺，并对工质封存量的影响因素展开实验研究；然后，对微热管不凝性气体进行理论分析，基于不凝性气体平面交界理论建立不凝性气体的理论模型，并搭建了水浴测试平台，研究了水浴加热温度对不凝性气体的影响，验证了不凝性气体的理论模型；其次，探究了注液抽真空工艺参数对微热管启动性能、均温性能、极限传热功率、热阻等的影响；最后，根据微热管注液的流程设计了微热管自动注液设备。本课题研究的结论归纳如下：

（1）抽真空过程可视化实验结果表明，水在抽真空过程中会发生结冰现象，但爆沸现象与不爆沸现象会造成较大的汽化量差异，这将影响微热管工质封存量。

（2）随着抽真空时间的增加，单位时间内工质抽走量先增加后减少；随着注液率的增加，工质抽走量逐渐增加，过高的注液率会导致工质直接飞溅出管口，造成工质抽走量的陡增。

（3）注液率为 100%时，抽真空时间对工质封存量的稳定性能没有显著影响；注液率小于等于 100%有利于工质封存量的稳定性。

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参考文献（略）

 

 

第一章 绪论

 

1.1 课题研究背景及意义

燃油汽车过渡依赖于化石燃料将导致国家能源安全危机[1]。此外，燃油汽车的尾气排放物中含有大量的氮氧化物、可吸入颗粒、挥发性有机化合物和二氧化硫等污染物[2]。目前，汽车尾气已经成为了城市大气污染的主要污染源，加剧了全球气候的极端变化。电动汽车克服了燃油汽车的化石燃料依赖问题和环保问题，能源利用多元化，安静无污染，代表着未来汽车发展的趋势[3]。电动汽车受限于电池的容量，续航里程一直是电动汽车的核心问题，甚至决定了电动汽车的发展前景。研究高新电池技术，提高电池容量的同时，优化汽车各功能部件，提高部件效率显得尤为重要。汽车空调系统作为电动汽车的第二大耗能系统，运行效率的高低极大地影响了电动汽车的续航里程。电动汽车没有发动机余热可以利用，冬季还是采用电加热的方式给车室供热除霜除雾，电动汽车冬季供暖性能将直接影响其有效续航里程。电动汽车热泵空调系统是现有电动汽车电加热取暖方式的新型替代技术，具有制冷制热效率高、结构紧凑、控制方便的优势。汽车空调系统作为电动汽车耗功最大的辅助子系统，制冷、供暖和除霜所需要的能量均来自于整车动力电池，既能供冷又能供暖的热泵型空调系统，给汽车空调的设计提出了更高的要求。首先，与冰箱压缩机、房间空调压缩机相比，电动汽车的压缩机是直流供电，并对抗振性能、负荷调节性能要求极高。此外，电动汽车在行驶过程中室内热环境受环境温湿度和辐射影响很大，需要更加智能和快速的直流压缩机优化控制技术。其次，现阶段热泵空调系统换热器以管翅式换热器为主，抗振性能低，重量大，不适应电动汽车轻量化要求。微通道换热器换热效率高，轻量且抗振性能好，是电动汽车热泵空调系统的首选，但存在制热和制冷工况切换以及蒸发器内制冷剂均匀分配问题。此外，热泵空调系统低温工况运行效率低，系统制热性能有待提高。

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1.2 国内外电动汽车空调研究现状

在冬季，电动汽车由于没有发动机余热可以利用，因此需要采取其他采暖措施，对车室内空气温度、湿度以及流速进行调节，保证车室内的热舒适性，此外还要去除风窗玻璃上的雾、霜，保证乘员身体健康和行车安全。目前，电动汽车普遍采用电加热辅助空调系统，即单冷空调（AC），外加热敏电阻（英文简称 PTC）加热器辅助加热。由于PTC 加热器制热能效较低，极大地缩短了电动汽车的续航里程。为此，国内外广大学者正在积极研发各种高效节能的电动汽车空调系统，如 R134a 热泵空调、CO2热泵空调、太阳能空调、热电空调、磁制冷空调以及利用车上某部件废热的组合空调系统等。目前市面上电动汽车的空气调节装置主要为电加热辅助空调系统，夏季时，AC 开启，对车室内空气进行降温；冬季时，AC 关闭，PTC 加热器开启，除了对车室内空气进行加热以外，还负责对车前窗玻璃进行除霜除雾，保证驾驶安全性。采用该种空气调节装置的典型车辆如富士重工展出的电动汽车“Subaru Rle”[4]、三菱汽车生产的电动汽车“i-MiEV”[5]、丰田汽车生产的 Prius 一代和二代、比亚迪生产的纯电动汽车 BYD-E6等。相较于传统燃油汽车空调系统，AC+PTC 加热器只需在传统汽车空调基础上进行简单的改装，将传统的皮带轮带动的机械压缩机更换为电动压缩机，再将冷却水加热器更换为 PTC 加热器即可，而且 PTC 加热器不需要添加制冷剂，环保，系统结构简单，运行安全性较高。Guyonvarch G[6]专门设计了一款 42V 电动汽车空调系统，该系统由电动压缩机、鼓风机、PTC 加热器、逆变器、换热器和管路等部件组成。实验证明，该空调系统具有很好的制冷和制热效果。

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第二章 电动汽车动态热负荷测试计算

 

现今，随着科技的发展，人们对汽车空调的舒适性要求越来越高，而对纯电动汽车来说，电池容量有限，节能则显得更为重要，提高空调的效率对延长电动汽车的续航里程起到了关键性作用。空调负荷计算是空调设计的基础，是进行系统设计和设备选型设计的最主要依据，关系到空调效果、系统投资乃至能耗。与建筑物不同，汽车是不断运动的，它的行车方向、行车速度对负荷都有很大的影响。一方面，行车速度和车表面的空气对流换热系数有一定关系，车速越高，车表面的空气对流换热系数成倍增大。另一方面，行车方向会导致太阳辐射得热量有很大的波动，太阳辐射得热量在汽车空调负荷中又占有很大的比重。此外，由于车体维护结构大多为玻璃和导热系数较大的钢，所以汽车空调室内的空气受到外界干扰的变化更快，车室内表面的响应快。因此，汽车空调的冷热负荷是动态变化的。准确测量或者计算出汽车空调的动态负荷，对空调的设计和控制意义重大。

 

2.1 测试方案

受实验条件限制，室外环境无法恒定，本文在有限条件下，对整车空调热负荷以及空调制冷性能进行了测试。整套测试流程按照 QC/T658-2009《汽车空调制冷系统性能道路试验方法》进行测试，根据车室内温度评估该款车型的夏季最大制冷负荷和冬季最大制热负荷，以及动态的冷热负荷，作为新型热泵空调系统的设计基准，以及空调系统运行控制策略的数据基础。热量在热流路径上遇到的阻力，反映介质或介质间的传热能力的大小，表明了 1W热量所引起的温升大小，单位为℃/W 或 K/W。用热功耗乘以热阻，即可获得该传热路径上的温升。由于车体围护结构材料复杂（热阻等参数无法获得），厚度无法准确测量，从而无法通过导热热阻计算公式准确计算得出。本文通过测量流过被测对象的热流密度以及被测对象内外表面的温差，从而通过公式 2-1 可以计算出被测对象的热阻值。由于热流量测量仪器 HFM-215N 通道数和测量传感器探头只有 3 对，无法在同一工况下同时对每一个测量点进行测量，本实验首先分批测量出车体各个围护结构的固有物理特性热阻值，然后通过在各关键围护结构内外表面分别对称布置 5 个热电偶测点，通过热电偶测点测出围护结构内外表面温差 t，再根据公式 2-1 和 2-2 计算出流过被测对象的热流密度以及热流量。

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2.2 汽车空调冷热负荷计算

图 2-7 和 2-8 分别为驾驶员侧前车门和玻璃的热流密度等参数测量结果。由图 2-7可知，在整个测试期间内，玻璃内外表面的温差基本稳定在 0.2℃，而通过玻璃传入车室内的热流密度则随测试时间而增大，其原因是车室内温度降低，导致从外界环境中传入车室内的热量增大。玻璃的热阻基本稳定在 0.00335  2    /  左右，随温度变化不大。因此，取整个阶段的测试平均值作为驾驶员侧前车门窗玻璃的热阻值。图 2-8 为车门的测试结果，由图可知，车门内外表面的温差随时间的增长而逐渐增大，当车室内温度稳定后，车门内外表面的温差趋于平稳，热流密度值也趋于平稳。因此，车门的热阻值以稳定阶段的测试结果为准。其他部位的车身围护结构的测试结果同此类似，不再敖述。车身围护结构热阻的具体测试结果见表 2-1。后车门窗玻璃和后窗玻璃贴有隔热膜。

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第三章 电动汽车热泵空调系统设计.......28

3.1 纯电动汽车热泵型空调系统运行原理 ...... 28

3.2 电动汽车热泵空调系统理论计算 .... 29

3.3 电动汽车热泵空调系统 分析 ........ 31

3.3.1 制冷工况........ 32

3.3.2 制热工况........ 34

3.4 电动汽车热泵空调系统部件设计选型 ...... 36

3.5 本章小结 .... 39

第四章 电动汽车热泵空调系统机组搭建及实验.......41

4.1 实验系统机组搭建 ........ 41

4.2 测试系统 .... 42

4.2.1 测试设备........ 42
4.2.2 测试工况........ 44

4.3 实验结果分析 ...... 44

4.4 本章小结 .... 50

第五章 新型电动汽车热泵空调系统实验研究......52

5.1 测试系统 .... 52

5.2 压缩机转速对系统性能的影响 ........ 53

5.2.1 制冷工况........ 53

5.2.2 制热工况........ 54

5.3 环境温度对系统性能的影响 ....... 55

5.3.1 制冷工况........ 55

5.3.2 制热工况........ 57

5.4 压缩机启动特性对系统性能的影响 ..... 59

 

第五章 新型电动汽车热泵空调系统实验研究

 

通过第四章的实验分析可知，室外侧换热器的换热性能对系统的性能影响较大，尤其是在制热工况，室外环境温度较低，室外侧换热器需要尽可能地从外界环境中吸取热量，提供给室内侧环境，保证室内侧环境的热舒适性，但低温的环境容易导致换热器结霜，进而缩短系统的连续制热时间，影响系统的制热性能。本章在原有的电动汽车热泵空调系统的基础上，通过调整室外侧换热器的布置方式，搭建了一套新型的电动汽车热泵空调系统，并对其进行了详细的实验研究。主要研究了电动压缩机转速、室外侧环境温度对系统制冷制热性能的影响，并与原系统进行对比。此外，本章还采用神经网络计算方法，具体研究了新系统室外侧换热器表面温度分布不均匀特性以及排水特性对系统性能的影响。热泵空调系统压缩机的最佳工作转速为 2000rpm，制冷性能系数最高，为 4.55，但却对应着最小的制冷量，一般情况下很难保证车室内的舒适性；压缩机转速在 4000rpm 时，压缩机转速提高带来的制冷量提高达到了收支平衡，系统制冷性能系数为 2.99，系统制冷量也高达 3460.25W；压缩机转速为 5000rpm 时，压缩机转速提高带来的制冷量提高达到了负增长，最不经济，系统的制冷性能系数最小，仅为 2.47，但系统的制冷量却达到了最大值，为 3744.68W。根据第二章得出的汽车动态热负荷特性可知，在汽车启动初期，空调系统制冷负荷最大，此时为了尽快地对车室内进行降温，可以牺牲空调系统的经济性，而选择最大制冷量模式，压缩机以最大转速运行，待车室内空气温度降至舒适性区间时，压缩机以热负荷对应的转速运行，保证系统的高效运行。

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结论

 

本研究针对电动汽车传统的 PTC 电加热采暖系统在冬季采暖时效率较低的问题，以比亚迪 E6 纯电动汽车为样车，通过实车道路实验对汽车热负荷进行了测试，在冷热负荷测试结果基础上，采用项目组成员清华大学和北京工业大学发明专利技术《适用于热泵型空调器的微细通道换热器》，设计搭建了一套室内外侧均采用微通道换热器的电动汽车热泵空调系统。由于现阶段没有适用于电动汽车热泵空调系统的测试标准，本文参考了车用空调和家用热泵空调的测试标准，利用红外热像仪、高清数码摄像监控设备（CCD）等测量监控设备，在高低温环境焓差试验室对对室外侧换热器横置和竖置两种电动汽车热泵空调系统的性能进行了测试，具体分析了压缩机转速、环境温度、压缩机启动特性以及制冷剂分配特性对系统制冷和制热性能的影响，并通过对系统的 性能参数进行分析，确定了系统提升的制约因素，提出了系统改进方案。实验结果结论如下：热泵空调系统压缩机的最佳工作转速为 2000rpm，制冷制热性能系数均最高，分别为 4.55 和 4.69，但却对应着最小的制冷量和制热量，一般情况下很难保证车室内的舒适性。随着压缩机转速的提高，系统制冷剂流量、压缩机耗功、制冷量和制热量增大，但对应的制冷和制热性能系数却呈下降趋势。尤其是在制热工况，当压缩机转速达到5000rpm 时，室外侧换热器发生结霜，导致系统性能大幅度衰减，制热量有 2236.02W，制热性能系数仅有 2.12，仅为最大值的 45.20%。因此，汽车在启动之初，空调制冷制热热负荷最大，此时压缩机以 4000rpm 启动运行，迅速降低或提高车室内温度；当车内温度达到舒适性水平之后，空调负荷接近稳定，此时，压缩机以空调负荷相对应的压缩机转速运行，维持车室内环境温湿度。

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参考文献（略）