多级双作用玻璃钢气缸性能的理论与实验研究

摘要

由于气缸具有运动速度快、结构简单、制造成本低等一系列优点，在工业自动化和工业生产中得到广泛应用。但是由于气体的可压缩性、粘性等特性不同于液压系统，气缸性能的研究远远落后于其工程应用，致使气缸工作性能普遍不佳。针对这种情况，本文对所研究的多级双作用玻璃钢气缸的静动态特性进行了数学建模、理论分析和实验研究。 本文针对矿山常用的多级双作用玻璃钢气缸，根据流体力学和气压传动原理建立了气缸的静动态数学模型，对模型的参数进行了计算，并对气缸的动态特性进行了仿真研究和分析。鉴于气缸的摩擦力对气缸的动态特性有着直接的影响，本文对气缸的摩擦特性和爬行现象进行了理论研究，提出了气缸爬行现象的发生判据，讨论了减小和消除气缸爬行现象的途径。 在理论研究的基础上，设计了基于LabVIEW的气缸性能实验软硬件系统。硬件部分包括气缸改造、传感器选型、数据采集电路；软件部分包括多路数据采集和处理系统，利用LabVIEW与国产数据采集卡，构建了基于虚拟仪器技术的多级双作用气缸性能实验系统。在此系统上，完成了多级双作用气缸的静态性能和动态性能的实验研究，并和理论研究结果进行了比较。 通过理论推导和参数计算建立了多级双作用气缸的静动态数学模型，完成了气缸性能的理论与实验研究，实验研究验证了数学模型和理论研究的正确性，为提高矿山气动钻机的工作性能和实现矿山设备自动化提供了基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 气缸特性的国内外研究现状

1.2.1 气缸在控制方面特性的研究现状

1.2.2 气缸在传动方面特性的研究现状

1.2.3 气缸摩擦及爬行的研究现状

1.3 本论文的主要内容和意义

2 多级双作用气缸的静态特性研究

2.1 多级双作用气缸的工作原理

2.2 气缸静态数学模型的建立

2.2.1 阀口流量方程

2.2.2 气缸的泄漏分析

2.2.3 气缸两腔的压力流量方程

2.2.4 多级双作用气缸的静态数学模型

2.3 气缸静态特性的理论分析

2.3.1 气缸特性参数的选择

2.3.2 气缸静态速度特性分析

2.4 小结

3 多级双作用气缸的动态特性研究

3.1 气缸摩擦力特性的研究

3.1.1 气缸摩擦理论及模型

3.1.2 多级双作用气缸摩擦力分析

3.2 气缸动态数学模型的建立

3.2.1 阀口流量动特性方程

3.2.2 气缸两腔的压力微分方程

3.2.3 气缸活塞动力学方程

3.2.4 多级双作用气缸动态模型的建立

3.3 气缸动态特性的仿真分析

3.3.1 气缸动态特性流量突变仿真

3.3.2 气缸动态特性负载突变仿真

3.4 气缸爬行现象的研究

3.4.1 气缸爬行机理及模型

3.4.2 气缸爬行理论判据推导

3.4.3 双作用气缸爬行原因分析

3.5 小结

4 多级双作用气缸的实验研究

4.1 实验系统

4.2 实验硬件平台

4.2.1 气缸性能测试系统的组成

4.2.2 采集卡的选择

4.2.3 电路的设计

4.3 检测系统软件设计

4.3.1 虚拟仪器技术

4.3.2 设计思想

4.3.3 系统标定

4.3.4 界面和程序

4.4 实验结果与分析

4.4.1 数据处理的方法

4.4.2 静态特性实验研究

4.4.3 动态特性实验研究

4.4.4 气缸摩擦力的实验研究

4.4.5 双作用气缸爬行实验研究

4.5 小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

作者简历