气动缓冲和液压缓冲器的原理和特性研究
摘要
气缸缓冲器在自动化气动生产线上起着重要作用。目前这类缓冲器的产品很多，但对其原理，尤其是从结构和机理等方面对其特性进行详细的理论和实验研究得很少。本文对气动缓冲器和气缸用液压缓冲器的结构原理和特性进行全面、系统的理论分析和实验研究，对缓冲器的设计、性能改进和提高气动生产线的性能及可靠性有着重要的理论和工程实际意义。
本文主要内容有如下几个方面：
1．在综述气动技术的地位、发展现状和展望的基础上，论述了缓冲对气动技术的重要性，讨论了缓冲的分类和研究方法，介绍了国内外对缓冲器的研究情况；
2．介绍了气动缓冲的基本理论，通过机理分析建立了被研究对象的数学模型，针对建立精确数学模型的关键环节——流量方程和气动缓冲过程，提出机理分析与实验建模相结合的建模方法，并进行了仿真和实验研究；
3．在对国外新型液压缓冲器的研究基础上，针对本课题所选液压缓冲器的结构特点，提出了分阶段建立机理数学模型方法。将液压缓冲器缓冲过程分为：由于流道断面突然收缩引起的局部压力损失阶段，缓冲柱塞的边缘和缓冲孔的边缘形成锐缘节流阶段，当缓冲柱塞进入缓冲孔中形成的缝隙节流阶段等三过程。在此基础上，进行了详细的仿真计算和分析，并进行了详细的实验，验证了有关理论分析和仿真结果，取得了满意的结果；
4．为了研究气动缓冲和液压缓冲器缓冲过程中不确定的非线性因素，在可接受的范围内进行简化以方便建立相关的数学模型，设计、搭建了气动缓冲和液压缓冲器建模用实验台，完成了机械、电路、软件等多方面的任务；
5．通过上述研究，总结出一些有益的结论，并对其存在的问题和未来发展进行了展望。
Hydraulic shock absorbers and pneumatic cylinders with air buffers play an important role in automation pneumatic product line. There is a large choice of such products on market, but little detailed theoretical and experimental study on their characteristics has been done, especially from the aspect of their structure and mechanics. Such rounded and systematic research has been done in this thesis. It is significant in theory and engineering for the design, performance improvements and reliability of both the shock absorbers and the pneumatic product line.
The main contents of this thesis are as follows:
1. On the basis of the introduction of pneumatic technology, the importance of cushion and modeling for cushion process are proposed, the classifying and research methods are discussed.
2. With the basic theory of air buffer, aiming to the key segment for modeling -flow equation and gas buffering process, theoretical analysis with experimental data is helpful to realize the modeling and simulation research.
3. After the introduction of the innovations and the improvements of foreign hydraulic shock absorbers, the profound cushion mechanics study is done aiming to the shock absorbers chosen for the thesis; The cushion process of hydraulic shock absorbers can be divided into several stages, which include local pressure loss caused by across sectional area shrinking, sharp edge throttling and aperture throttling. Detailed simulations and calculations in such theory have been done, the results of the testing experiments is satisfying.
4. To closely investigate the uncertain nonlinear factors in the cushion process and simplify their influence for the sake of the mathematic modeling, an experimental rig is designed and constructed, for which the mechanical, hardwired and software tasks have been done.
5. Several useful conclusions have been drawn through the research work. The existing problems and the future development are also put forward.
本文主要内容有如下几个方面：
1．在综述气动技术的地位、发展现状和展望的基础上，论述了缓冲对气动技术的重要性，讨论了缓冲的分类和研究方法，介绍了国内外对缓冲器的研究情况；
2．介绍了气动缓冲的基本理论，通过机理分析建立了被研究对象的数学模型，针对建立精确数学模型的关键环节——流量方程和气动缓冲过程，提出机理分析与实验建模相结合的建模方法，并进行了仿真和实验研究；
3．在对国外新型液压缓冲器的研究基础上，针对本课题所选液压缓冲器的结构特点，提出了分阶段建立机理数学模型方法。将液压缓冲器缓冲过程分为：由于流道断面突然收缩引起的局部压力损失阶段，缓冲柱塞的边缘和缓冲孔的边缘形成锐缘节流阶段，当缓冲柱塞进入缓冲孔中形成的缝隙节流阶段等三过程。在此基础上，进行了详细的仿真计算和分析，并进行了详细的实验，验证了有关理论分析和仿真结果，取得了满意的结果；
4．为了研究气动缓冲和液压缓冲器缓冲过程中不确定的非线性因素，在可接受的范围内进行简化以方便建立相关的数学模型，设计、搭建了气动缓冲和液压缓冲器建模用实验台，完成了机械、电路、软件等多方面的任务；
5．通过上述研究，总结出一些有益的结论，并对其存在的问题和未来发展进行了展望。
Hydraulic shock absorbers and pneumatic cylinders with air buffers play an important role in automation pneumatic product line. There is a large choice of such products on market, but little detailed theoretical and experimental study on their characteristics has been done, especially from the aspect of their structure and mechanics. Such rounded and systematic research has been done in this thesis. It is significant in theory and engineering for the design, performance improvements and reliability of both the shock absorbers and the pneumatic product line.
The main contents of this thesis are as follows:
1. On the basis of the introduction of pneumatic technology, the importance of cushion and modeling for cushion process are proposed, the classifying and research methods are discussed.
2. With the basic theory of air buffer, aiming to the key segment for modeling -flow equation and gas buffering process, theoretical analysis with experimental data is helpful to realize the modeling and simulation research.
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引文
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[3] 周洪．气动技术的新发展，液压气动与密封，1999(5)：2-12
[4] 周洪．阀岛和现场总线技术及其应用，液压气动与密封，1998(3)：15-18
[5] 陆鑫盛．气动新技术讲座，液压气动与密封，1999(4)：43-45
[6] U．Graff(张为民 译)．Decentralization-The Product of the Automation Technique in Change(分散化—自动化技术变化中的产品)， Industrial Engineering and Management, No. 1,1997:44-48
[7] 周洪．气动比例控制技术及其应用，液压与气动，1999(3)：1-3
[8] 张建成．气动比例阀的发展及其应用，机床与液压，1990(5)：5-9
[9] 周洪．气动伺服定位技术及其应用，液压与气动，1999(1)：18-21
[10] 韩建海，张河新．气动比例／伺服控制技术及应用，机床与液压，2001．No．1：3-6
[11] 陆鑫盛．气动伺服定位控制系统，液压气动与密封，1999(5)：45—47
[12] 王雄耀．近代气动机器人(气动机械手)的发展及应用，液压气动与密封，1999(5)：13—16
[13] 陆鑫盛．气动新技术讲座—模块式气动机械手，液压气动与密封．2001(6)：42-44
[14] Dr．Kurt Stoll．从压缩空气的早期应用到现代气动技术系统，1997，No．7，41
[15] 贾光政，邹龙庆，张勃立．螺旋阻尼器的分析与应用，机床与液压，1998(3)：46-47
[16] 荆宝德，牛铭奎，翟爱勤，刘辉．皮囊式液压缓冲器，试验技术与试验机，1998年第38卷，第1、2期：41-43
[17] 赵彤．从SMC看世界气动技术发展(上)，液压与气动．1993(2)：22-25
[18] 王雄耀．低速气缸与高速气缸，机械工程师，2000(1)：34-35
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[41] 李飞．一种简单易行的保养气缸的方法，液压与气动，2002(5)：35
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[44] 济南汽车制造厂，机床液压传动，北京：机械工业出版社
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[53] 丁凡．高速液压缸缓冲过程的研究，钢铁，1998(8)：54-57
[54] Data Acquisition Toolbox 2.1 for direct access to live, measured data from MATLAB, MATLAB 6.01, help
[55] PCL-816/814B MODULAR DA&C CARD, MATLAB 6.01, help
[56] Data Acquisition Toolbox Quick Reference Guide, MATLAB 6.01, help
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