高速气缸缓冲稳定阶段运动特性

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第42卷第6期机械工程学报vo1．42No．62006年6月CHINESEJOURNALOFMECHANICALENG1NEERINGJun．2006高速气缸缓冲稳定阶段运动特性姜晶李哲刘鹤松(哈尔滨工业大学汽车工程学院哈尔滨150001)摘要：缓冲是研制高速气缸要解决的关键问题。在研究高速气缸缓冲的过程中发现活塞进入稳定阶段速度会发生剧烈反弹，分析活塞速度在稳定阶段反弹的主要原因，设计由带有固定容腔的压力反馈式缓冲阀、溢流阀和排气阀组成的缓冲系统并对其

2、进行仿真及试验研究。结果表明，此缓冲系统有效地控制了稳定阶段活塞速度反弹，并对活塞速度变化有足够的自适应能力。关键词：高速气缸自适应缓冲稳定阶段固定容腔中图分类号：TB122缓冲阀开启，进入排气阶段，缓冲腔通过缓冲阀快0前言速排气，此时活塞速度继续下降，将活塞速度降至最小值时刻视为排气阶段结束，进入稳定阶段。高速化是现代气动发展的一个必然趋势，实现对高速气缸四个运动阶段进行仿真研究，证明气缸高速化的关键在于解决气缸在行程末端的缓冲缓冲腔初始气压、缓冲阀开启气压与活塞速度均有问题。目前，在多种高速气缸缓

3、冲方法中，内置式足够好的线性关系。同时，确定了缓冲阀参数，证缓冲因其不需要其他外部零件，使用方便，成本低明了在良好缓冲条件下，活塞有足够宽的缓冲行程的特点，最为常用，但它对工况变化自适应能力不范围，并且在活塞最高速度为2．7"--3．3m／s时，均足，任何一个工况的变化都会破坏已设定的良好缓能实现在排气结束时刻，活塞速度均在0．21m／s以冲，人工重新调整缓冲非常费时费力，这是制约高下，说明压力反馈式缓冲阀对活塞速度有很好的自速气缸应用的主要原因。工况条件中对缓冲影响最适应能力。但一过排气结束时刻，活

4、塞速度发生剧大、变化也最复杂的是活塞速度，解决了对活塞速烈反弹，典型仿真曲线如图l所示。这是气缸运动度的自适应缓冲问题，就解决了缓冲的最大难题。的稳定阶段必须解决的问题。由此设计了以缓冲开始时刻缓冲腔压力为反馈量，以缓冲阀开启压力为控制量的压力反馈式缓冲阀，／／一、、使其能自动适应活塞基准速度为3rrds的高速气缸2一活塞速度／速度波动10％的工况变化。籁＼、)，／音／匪腔气＼白研究表明，理想压力反馈式缓冲阀对活塞速度帽1变化具有足够的自适应能力，但一进入稳定阶段，一驱动＼腔气7／活塞移活塞速度发生剧

5、烈反弹。为此，设计了由带有固定二==I!L缓冲柱萋腔气压容腔的压力反馈式缓冲阀、溢流阀和排气阀组成的00102030405自适应缓冲系统，成功地解决了活塞在稳定阶段速仿真时间f／S度反弹问题。图1活塞速度3m／s缓冲仿真曲线活塞速度在稳定阶段反弹的根本原因是气缸驱1稳定阶段的仿真研究动腔气压高于背压腔气压。从缓冲腔排气结束至活塞到达行程终点，缓冲腔气压从接近驱动腔气压迅采用理想压力反馈式缓冲阀缓冲的高速气缸在速降至大气压，导致活塞速度产生较大反弹。要想工作阶段，气缸背压腔通过缓冲柱塞腔快速排气，使气缸

6、活塞速度不反弹，只要使稳定阶段的缓冲腔活塞快速运动，缓冲柱塞进入缓冲柱塞腔形成密闭气压与驱动腔气压接近。为此在仿真模型中采取了缓冲腔后，缓冲腔气压迅速升高反向制动活塞，形如下措施：当活塞越过缓冲腔开始排气点之后，缓成缓冲阶段。当缓冲腔气压升至缓冲阀设定压力，冲腔气压降至驱动腔气压附近时，将其设为常数。经过反复仿真，取此气压值为0．505MPa。活塞速20050711收到初稿，20051209收到修改稿维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com200

7、6年6月姜晶等：高速气缸缓冲稳定阶段运动特性法将缓冲腔高压气体排放掉，使缓冲腔气压在活塞到达终点时刻低于驱动腔气压，由此设置了溢流阀。由于溢流阀在缓冲阀固定容腔气压降至0．2MPa附近时关闭，其残余高压影响气缸的正常工作，必须增设排气阀排净缓冲腔气体并保持开启状态等待下是一循环。2．2．2固定容腔自适应能力的仿真研究在仿真模型中通过改变气缸背压腔节流口面积调整活塞最高速度，气缸背压腔节流口面积为15．9删至21．5mIi1，间距0．2rain，对各速度下的缓冲效果图6缓冲腔气压变化曲线进行仿真研究，同

8、时考察与缓冲效果密切相关的动态参数相对活塞速度的变化规律。加，排气结束时刻、活塞到达终点时刻缓冲腔气压由仿真数据可知，当活塞速度为2．516m／s时，小幅波动，最高气压为0．583MPa，低于活塞反向排气结束时刻缓冲腔气压为0．414MPa，低于排气运动所需的0．61MPa。阀开启气压，导致排气阀开启，缓冲腔快速排气，综合上述，采用所述原理的缓冲系统对高速气缓冲系统未正常工作，溢流阀始终关闭，出现欠缓缸进行缓冲，当活塞最高速度介于2．554m／s至冲。当