气缸气缓冲特性的实验研究金属眼镜切搅机起升机构专业电池过滤材料

气缸气缓冲特性的实验研究

摘要：研究气缸气缓冲特性，建立计算机辅助测试系统。通过调节气源压力和缓冲针阀开度，测试不同工况下缓冲腔及主气路压力、气缸行程以及振动加速度等参数，并分析过缓冲、欠缓冲及最佳缓冲等几种典型的气缓冲特性。实验结果表明：气缸活塞与端盖的机械碰撞是造成振动冲击的主要因素；一些过缓冲过程仍存在机械碰撞，从而造成缓冲效果变差；最佳气缓冲只存在于某些工况。

关键词：气缸；气缓冲特性；计算机辅助测试

当气缸驱动较大质量且较快速度的工作部件,运动状态突然停止或换向时，会产生很大的冲击和振动，因此必须设置缓冲装置。理想缓冲过程中，运动部件应按等减速规律减速，并在到达行程终点时速度刚好减到零L常用的气缸缓冲方式有气缓冲、液压缓冲和橡胶垫缓冲等[ 1 ] ，它们有各自的特点和使用场合L气缓冲气缸的结构如图1 所示，如何调整缓冲针阀以适应不同工况的要求是用户经常提出的问题。文献[2 ]把气缓冲气缸的运动分为4 个阶段：准备阶段、启动阶段、快速运动阶段和缓冲阶段，并分析了影响气缓冲气缸动态性能的几个主要因素。文献[3 ]建立了气缓冲气缸运动模型，并进行了仿真计算和实验验证。

图1气缓冲气缸示意图

作者建立了气缸缓冲特性计算机辅助测试系统，使用该系统对气缸在不同工况下的气缓冲特性进行了实验，总结出了几种典型的气缓冲特性，并分别进行了分析。

1 计算机辅助测试系统的构成

图2 为测试系统的硬件构成示意图，它由气动系统、传感器和数据采集系统组成L被测气缸为气缓冲型气缸，由二位五通电磁换向阀SY524025LOU控制气缸的运动方向，用调速阀A S2051F 调整气缸运动速度，并用导轨支撑的砝码块模拟惯性负载，用气缸上的缓冲针阀调节气缓冲性能。用美国国家仪器公司(National Instruments) 的多功能数据采集卡PC I26024E 控制实验过程的电磁阀动作并完成压力、拉2压力、位移、振动加速度的采集和测量。

1.1 压力测试

气缸内需要测量压力的4 个腔是：气缸的右缓冲腔、右主气路、左缓冲腔和左主气路，其压力分别用p1，p2，p3，p4 表示，如图1 所示。将测量p2和p4的压力传感器与气缸两端的进排气口相连。在气缸两端各加上一个与缓冲腔相通的测压接口，用来连接测量缓冲腔压力p1，p3的噪音计压力传感器。压力传感器输出的弱电压信号经放大器变换成-5～5V的电压信号，由数据采集卡PC I26024E 进行采集。

1.2 输出力与振动加速度测试

为了测量气缸的输出力F ，在气缸的活塞杆和加载砝码之间安装拉2压力传感器，其测量范围为0～ 1 960 N ，输出信号为0～ 5 V。振动加速度是表征气缓冲效果的重要指标，采用北京测振仪器厂生产的YD 系列压电式加速度传感器获得气缸活塞的振动加速度a，输出信号为0～ 5 V ，由数据采集卡PC I26024E 进行采集。

1.3 位移测试

采用北京昆仑海岸传感技术中心生产的IWHR型位移传感器测量气缸行程信号，输出0～ 5V 的电压信号，由数据采集卡PC I26024E 进行采集。

1.4 电磁换向阀的控制

用PC I26024E 的2 路数字量输出控制双电控两位五通阀SY524025LOU ，从而控制气缸运动的方向。PC I26024E 的数字量输出是TTL 电平，考虑到TTL 电平的驱动能力，自行设计了一块与接线端子板CB268L P 相匹配的电磁阀驱动接口板，用于控制电磁阀的通断镍氢电池。

1.5计算机辅助测试系统的软件结构

<连接模块p>使用图形化编程语言LabVIEW 设计气缸气缓冲特性测试系统的软件部分[ 4，5 ]。总共有7 路模拟量需要采集：4 腔压力p 1，p 2,p 3，p 4，气缸输出力F ，振动加速度a，位移s，分别从数据采集卡的ACH0～ACH6 通道输入。采集到的数据分别是7 个传感器的电压值，对这些传感器进行标定，将标定结果放到LabVIEW 相应的函数中进行处理，得到实际物理量，实验数据存入文本文档，并在LabVIEW 的前面板实时显示实验结果的波形。为了抑制噪声干扰信号，选频装置采用4 阶巴特沃斯低通滤波器[ 6 ]。

用LabVIEW 可以进行多线程编程，电磁阀换向控制、模拟量采集程序模块是平行结构。程序开始运行时，一方面PC 机立即采集数据；另一方面，执行电磁阀换向控制结构荥阳，即等待20 m s，然后根据前面板的左右选择开关，控制电磁阀向左或向右驱动气缸。令电磁阀在采集开始20m s 后动作，是为了使系334建筑地面工程统有充分的准备时间，可以获得更完整的数据。

2 实验结果及分析

2.1典型的缓冲情况

实验条件为：被试气缸采用某公司生产的气缓冲型单出杆双作用气缸CDG1BA 402200，其活塞直径为40 mm ，活塞杆直径为16 mm ，总行程H =200 mm ，缓冲柱塞的长度(即缓冲腔的长度) h0 =1080%保存国内 mm；气源压力p s= 0175M Pa，排气节流阀的开度为1015 圈，负载质量为32154 kgL 对不同缓冲针阀开度下活塞杆伸出方向的气缓冲特性进行了若干组实验。

2.1.1过缓冲

当缓冲针阀开度为0 圈时，为典型的过缓冲，实验结果如图3 所示。当活塞行程s 达到H - h0=190 mm 时进入缓冲阶段。由于缓冲针阀关死，缓冲柱塞将柱塞孔堵死后，形成一个准密闭的气室，而活塞继续右行，缓冲腔容积变小，气体绝热压缩，压力迅速升高到约2.1M Pa，如此大的背压产生的过缓冲使活塞在行程为198 mm 处急剧向左反弹。由于缓冲过大，反弹距离超过了缓冲腔范围。从图3位移曲线可以看出，位移最低值为188 mm ，此时缓冲柱塞与柱塞孔脱离，缓冲腔与排气主流道瞬间接通，缓冲腔向排气主流道排气。这可从排气主流道压力p 2有所升高看出，此时压力p 1 陡然降到约012M Pa,则左侧的压力推动活塞向右运动，再次进入缓冲阶

段，背压产生的缓冲使活塞第二次向左反弹。由压力曲线常见故障：试样断裂后可知，第二次气缓冲作用比第一次要弱L很快左侧的压力推动活塞再次向右运动，并在行程终点200 mm 处与端盖发生机械撞击，由图3 可知，撞击产生的振动加速度高达1018g。左侧压力与机械撞击交替作用，最终气缸停止在终点。

2.1.2最佳缓冲

当缓冲针阀开度为1/6 圈时，缓冲适中，实验结果如图4 所示。活塞运动到缓冲阶段后，缓冲腔里的一部分气体从缓冲针阀排出，另一部分气体绝热压缩，p 1 升高到约1.9M Pa，于是活塞反弹。但反弹距离没有超过缓冲腔范围(此时位移s 约为192 mm ) ,即缓冲腔与主流道仍然隔离。缓冲腔容积增大，p 1下降，活塞继续右行，气体继续从缓冲针阀排出。经过两次气缓冲导致的反弹后，活塞运动到行程终点,此时速度正好为零。由于没有机械撞击，振动加速度的峰值只有0.67g。

2.1.3欠缓冲

当缓冲针阀开度为4 圈时，为典型的欠缓冲，实验结果如图5 所示。由于缓冲针阀开度大，缓冲能力小，所以活塞撞到了端盖上，经过两次机械撞击，活塞停止在终点。振动加速度的峰值高达10.5g。

2.2振动加速度随缓冲针阀开度的变化趋势

气源压力p s 分别为0108，0140，0160，0175M Pa时，振动加速度随缓冲针阀开度的变化趋势如图6所示。由图6 可以看出，对于ps= 0.40M Pa 和ps=0.75M Pa 工况，缓冲针阀开度存在最佳气缓冲点,但是如果缓冲针阀开度偏离最佳点时，缓冲针阀开度过大和过小都会有机械撞击，产生很大的振动加速度。如何寻找并建立最佳气缓冲与工况的关系模型有待通过大量实验来探索。对于p s= 0.60M Pa工况，不存在最佳气缓冲点，这就需要寻求或换用其他缓冲方式。对于p s= 0.08M Pa 的极低供气压力工况，气缸运动速度很低，虽然振动加速度较小，但由于气缸到达行程终点很慢或很困难，而使得缓冲在此时无实用价值。

3结束语

作者建立了气缸气缓冲特性计算机辅助测试系统，通过实验，分析了过缓冲、欠缓冲及最佳缓冲的运动过程，得到如下几点结论:

① 气缸活塞与端盖的机械碰撞是造成振动冲击的主要因素;

② 在有些过缓冲过程中，仍存在机械碰撞，因此，认为过缓冲的缓冲效果就一定好的观点是错误的;

③ 在有些工况下存在最佳气缓冲，在有些工况下不存在最佳气缓冲，因此，如何对气缓冲不适合的工况提出筛选建议，以及如何寻找并建立最佳气缓冲与工况的关系模型有待进一步研究。(end)

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