第22卷 第3期2002年6月北京理工大学学报
Jou rnal of Beijing In stitu te of T echno logy
V o l .22 N o.3Jun .2002
文章编号:100120645(2002)0320321204
气缸气缓冲特性的实验研究
张百海, 贾媛媛, 柴森春, 江泽民
(北京理工大学自动控制系,北京 100081)
摘 要:研究气缸气缓冲特性,建立计算机辅助测试系统Ζ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Ζ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Ζ关键词:气缸;气缓冲特性;计算机辅助测试
中图分类号:T P 274;TH 138151 文献标识码:A
Exper i m en tal I nvestigation of A ir Cush ion Character istics
i n Pneu matic Cyli nders
ZHAN G B ai 2hai , J I A Yuan 2yuan , CHA I Sen 2chun , J I AN G Ze 2m in
(D ep t .of A u tom atic Con tro l ,Beijing In stitu te of T echno logy ,Beijing 100081,Ch ina )
Abstract :A ir cu sh i on characteristics of p neum atic cylinders are studied exp eri m en tally .A com 2p u ter aided p neum atic cylinder testing system w as develop ed .P ressu res in the cu sh i on cham bers ,in in let and ou tlet p i p elines ,cylinder disp lacem en t and shock accelerati on w ere tested under dif 2feren t w o rk ing conditi on s by tun ing the sou rce p ressu re and op en ing of the cu sh i on needle valve .T yp ical air cu sh i on characteristics including over 2cu sh i on ing ,deficien t cu sh i on ing and op ti m um cu sh i on ing w ere analysed .It w as p roved that the m echan ical co llisi on betw een the p iston and the end cap w as the m ain cau se of shock ,and there ex isted m echan ical co llisi on s that w o rsen the cu sh i on p erfo rm ance in som e deficien t cu sh i on ings ,and air cu sh i on is on ly app licab le under cer 2tain w o rk ing conditi on s
.Key words :p neum atic cylinder ;air cu sh i on characteristics ;CA T
收稿日期:20020117
基金项目:日本S M C 株式会社合作项目
作者简介:张百海(1966-),男,博士,副教授Ζ
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Λ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Λ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Λ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Λ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Λ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
Λ
图1 气缓冲气缸示意图
F ig .1 Structure of pneum atic cylinder w ith air cush i on
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Λ
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Λ被测气缸为气缓冲型气缸,由二位五通电磁换向阀SY 524025
LOU 控制气缸的运动方向,用调速阀A S 2051F 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Λ用美国国家仪器公司(N ati onal In strum en ts )的多功能数据采集卡PC I 26024E 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Λ
111 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p 1,p 2,p 3,p 4表示,如图1所示Λ将测量p 2和p 4的压力传感器与气缸两端的进排气口相连Λ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p 1,p 3的压力传感器Λ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 I 26024E 进行采集Λ
112 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0～1960N ,输出信号为0～5V Λ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0～5V ,由数据采集卡
PC I 26024E 进行采集Λ113 位移测试
采用北京昆仑海岸传感技术中心生产的I W HR 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 I 26024E 进行采集Λ114 电磁换向阀的控制
用PC I 26024E 的2路数字量输出控制双电控两位五通阀SY 524025LOU ,从而控制气缸运动的方向ΛPC I 26024E 的数字量输出是T TL 电平,考虑到T TL 电平的驱动能力,自行设计了一块与接线端子板CB 268L P 相匹配的电磁阀驱动接口板,用于控制电磁阀的通断Λ
115 计算机辅助测试系统的软件结构
使用图形化编程语言L abV IE W 设计气缸气缓冲特性测试系统的软件部分[4,5]Λ
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A CH 0～A CH 6通道输入Λ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L abV IE W 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L abV IE W 的前面板实时显示实验结果的波形Λ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]Λ
用L abV IE W 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Λ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,即等待20m 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Λ令电磁阀在采集开始20m s 后动作,是为了使系统有充分的准备时间,可以获得更完整的数据Λ
2 实验结果及分析
211 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
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