氣缸緩沖特性的研究

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1、氣缸氣緩沖特性的實(shí)驗(yàn)研究摘要：研究氣缸氣緩沖特性，建立計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)。通過調(diào)節(jié)氣源壓力和緩沖針閥開度，測試不同工況下緩沖腔及主氣路壓力、氣缸行程以及振動加速度等參數(shù)，并分析過緩沖、欠緩沖及最佳緩沖等幾種典型的氣緩沖特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：氣缸活塞與端蓋的機(jī)械碰撞是造成振動沖擊的主要因素；一些過緩沖過程仍存在機(jī)械碰撞，從而造成緩沖效果變差；最佳氣緩沖只存在于某些工況。關(guān)鍵詞：氣缸；氣緩沖特性；計(jì)算機(jī)輔助測試當(dāng)氣缸驅(qū)動較大質(zhì)量且較快速度的工作部件，運(yùn)動狀態(tài)突然停止或換向時，會產(chǎn)生很大的沖擊和振動，因此必須

2、設(shè)置緩沖裝置。理想緩沖過程中，運(yùn)動部件應(yīng)按等減速規(guī)律減速，并在到達(dá)行程終點(diǎn)時速度剛好減到零L常用的氣缸緩沖方式有氣緩沖、液壓緩沖和橡膠瑕緩沖等［1］,它們有各自的特點(diǎn)和使用場合L氣緩沖氣缸的結(jié)構(gòu)如圖1所示，如何調(diào)整緩沖針閥以適應(yīng)不同工況的要求是用戶經(jīng)常提出的問題。文獻(xiàn)［2］把氣緩沖氣缸的運(yùn)動分為4個階段：準(zhǔn)備階段、啟動階段、快速運(yùn)動階段和緩沖階段，并分析了影響氣緩沖氣缸動態(tài)性能的幾個主要因素。文獻(xiàn)［3］建立了氣緩沖氣缸運(yùn)動模型，并進(jìn)行了仿真計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。圖1氣緩沖氣缸示意圖作者建立了氣L緩沖特性計(jì)算

3、機(jī)輔助測試系統(tǒng)，使用該系統(tǒng)對氣缸在不同工況下的氣緩沖特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出了兒種典型的氣緩沖特性，并分別進(jìn)行了分析。1計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的構(gòu)成氣動系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳感器圖2控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Eig.2Controlanddataacquisitionsystem圖2為測試系統(tǒng)的碩件構(gòu)成示意圖，它由氣動系統(tǒng)、傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成L被測氣缸為氣緩沖型氣缸，由二位五通電磁換向閥SY524025LOU控制氣缸的運(yùn)動方向，用調(diào)速閥AS2051F調(diào)整氣缸運(yùn)動速度，并用導(dǎo)軌支撐的舷碼塊模擬慣性負(fù)載，用氣缸上的緩

4、沖針閥調(diào)節(jié)氣緩沖性能。用美國國家儀器公司(NationalInstruments)的多功能數(shù)據(jù)采集卡PCI26024E控制實(shí)驗(yàn)過程的電磁閥動作并完成壓力、拉2壓力、位移、振動加速度的采集和測量。1」壓力測試氣缸內(nèi)需要測量壓力的4個腔是：氣缸的右緩沖腔、右主氣路、左緩沖腔和左主氣路，其壓力分別用pl,p2,p3,p4表示，如圖1所示。將測量p2和p4的壓力傳感器與氣缸兩端的進(jìn)排氣口相連。在氣缸兩端各加上一個與緩沖腔相通的測壓接口，用來連接測量緩沖腔壓力pl,p3的壓力傳感器。壓力傳感器輸岀的弱電壓信號經(jīng)

5、放大器變換成?5?5V的電壓信號，由數(shù)據(jù)釆集卡PCI26024E進(jìn)行采集。1.2輸出力與振動加速度測試為了測量氣缸的輸出力F,在氣缸的活塞桿和加載舷碼之間安裝拉2壓力傳感器，其測量范圍為0?1960N,輸出信號為0?5Vo振動加速度是表征氣緩沖效果的重要指標(biāo)，采用北京測振儀器廠生產(chǎn)的YD系列壓電式加速度傳感器獲得氣缸活塞的振動加速度a,輸出信號為0?5V,由數(shù)據(jù)采集卡PCI26024E進(jìn)行采集。1.3位移測試采用北京昆侖海岸傳感技術(shù)中心生產(chǎn)的IWHR型位移傳感器測量氣缸行程信號，輸岀0?5V的電壓信號

6、，由數(shù)據(jù)采集卡PCI26024E進(jìn)行采集。1.4電磁換向閥的控制用PCI26024E的2路數(shù)字量輸出控制雙電控兩位五通閥SY524025LOU,從而控制氣缸運(yùn)動的方向。PCI26024E的數(shù)字量輸出是TTL電平，考慮到TTL電平的驅(qū)動能力，自行設(shè)計(jì)了一塊與接線端子板CB268LP相匹配的電磁閥驅(qū)動接口板，用于控制電磁閥的通斷。1.5計(jì)算機(jī)輔助測試系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)使用圖形化編程語言LabVIEW設(shè)計(jì)氣缸氣緩沖特性測試系統(tǒng)的軟件部分[4,5]。總共有7路模擬量需要采集：4腔壓力pl,p2,p3,p4,氣缸輸

7、出力F,振動加速度a,位移s,分別從數(shù)據(jù)采集卡的ACH0?ACH6通道輸入。采集到的數(shù)據(jù)分別是7個傳感器的電壓值，對這些傳感器進(jìn)行標(biāo)定，將標(biāo)定結(jié)果放到LabVIEW相應(yīng)的函數(shù)中進(jìn)行處理，得到實(shí)際物理量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存入文木文檔，并在LabVIEW的前面板實(shí)吋顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果的波形。為了抑制噪聲干擾信號,選頻裝置采用4階巴特沃斯低通濾波器[6]o用LabVIEW可以進(jìn)行多線程編程，電磁閥換向控制、模擬量采集程序模塊是平行結(jié)構(gòu)。程序開始運(yùn)行時，一方面PC機(jī)立即采集數(shù)據(jù)；另一方面，執(zhí)行電磁閥換向控制結(jié)構(gòu)，即等待20

8、ms,然后根據(jù)前面板的左右選擇開關(guān)，控制電磁閥向左或向右驅(qū)動氣缸。令電磁閥在采集開始20ms后動作，是為了使系統(tǒng)有充分的準(zhǔn)備時間，可以獲得更完整的數(shù)據(jù)。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析2」典型的緩沖情況實(shí)驗(yàn)條件為：被試氣缸采用某公司牛產(chǎn)的氣緩沖型單出桿雙作用氣缸CDG1BA40-200,其活塞直徑為40mm,活塞桿直徑為16mm，總行程H二200mm,緩沖柱棊的長度（即緩沖腔的長h0=10mm；氣源壓力ps=0175MPa,排氣節(jié)流閥的開度為1015圈，負(fù)載質(zhì)量為321