气动平衡器安全系统及测试平台的研发

摘要

在现代化机械加工和维修作业等场合，工件的升降和搬移过程是必不可少的。常用的轻小型起重设备一般无法满足工件快速升降、频繁作业和精确定位的需求，并且故障发生率普遍较大，尤其在一些易燃易爆场合该类设备属于即将淘汰的产品。然而气动平衡器可以高精度快速平稳地搬运工件，它凭借着独有的安全特性和卓越的柔性特点，在机械制造业中得到了广泛应用。但是气动平衡器国外价格昂贵，国内价格虽然相对便宜，但存在以下问题：无法满足不同重量工件全程悬吊的要求、安全性能低、操作力大、运行不平稳。从而这些问题将导致工件吊装精度低以及无法达到快速搬移的需求。
　　本文所要研发的气动平衡器，可以实现不同重量的负载全程范围内弹性浮动。通过分析气动平衡器气缸工作原理，给出了总体结构。分析了滚珠丝杠和卷筒受力情况，结合工作效率，设计了卷筒结构和选取了丝杠型号，并进行了校核计算。研究了气缸缸体的加工工艺，选择了铝合金气缸缸体，设计了吊耳结构。分析了制动器工作原理，采用动静法，对制动器进行了动力学分析；通过软件求出相关物理参数；为了检验制动性能，设计了制动器实验平台。分析了常用传动技术，选择了气压传动作为动力源；分析了现有典型气动回路的不足，提出了气动控制系统原理；针对全平衡控制模式，分析了操作方式对操作力的影响。采用虚拟样机技术，进行了多次设计研究和试验设计，讨论影响制动距离的因素。
　　通过气动平衡器性能测试，验证了空载性能良好，负载行程测试满足要求，全平衡模块性能良好，气缸压力与升降模式有关，制动器制动性能可靠。通过气动平衡器性能实验研究，验证了气缸平稳性与与密封圈类型、导向环有无以及配合关系有关，操作力大小与操作方法、密封圈材质以及导向环材质有关。通过理论和实验说明，所开发的气动平衡器达到设计要求。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 气动平衡器特点及研究现状

1.3 本文主要研究内容

2 气缸主要部件设计

2.1 总体结构及设计要求

2.2 卷筒结构设计和丝杠选型

2.3 卷筒校核和丝杠校核

2.4 悬挂部分分析与设计

2.5 本章小结

3 制动器原理分析和实验平台设计

3.1 制动器工作原理

3.2 制动器动力学分析

3.3 制动器计算与分析

3.4 制动器实验平台设计

3.5 本章小结

4 气动控制系统原理研究

4.1 传动技术的选择

4.2 典型气动控制回路

4.3 气动回路系统设计

4.4 操作方式对操作力的影响

4.5 本章小结

5 基于事件的制动过程参数化分析

5.1 建立虚拟样机模型

5.2 传感器设置和定义设计变量

5.3 制动器设计研究

5.4 制动器试验设计

5.5 本章小结

6 气动平衡器性能测试和实验研究

6.1 空载性能和负载行程测试

6.2 研究气缸平稳性的因素

6.3 研究影响操作力的因素

6.4 全平衡模块和气缸压力测试

6.5 制动器性能实验

6.6 实验总结

6.7 本章小结

7 结论与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间主要成果