维普资讯 http://www.cqvip.com ８ 液压与气动 ２００７年第１期 气缸起动冲击现象机理及影响因素实验分析 黄俊。李小宁 Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｏｆ Ａｆｆｅｃｔｉｎｇ Ｆａｃｔｏｒｓ ｏｎ Ｃｙｌｉｎｄｅｒ Ｓｔａｒｔｉｎｇ ｉｍｐａｃｔ 、ＨＵＡＮＧ Ｊｕｎ，ＬＩ Ｘｉａｏ－ｎｉｎｇ （南京理工大学机械工程学院ＳＭＣ技术中心，江苏南京２１００９４） 摘要：为了弄清气缸起动瞬间产生冲击的原因以及导致起动冲击的影响因素，以便为进一步研究避免 气缸出现起动冲击现象的解决途径提供理论基础及实验依据，文中对气缸产生起动冲击现象的机理进行了 深入的分析，通过实验测试分析了使用压力、负载等因素对气缸起动冲击的影响程度。结果表明，摩擦力是 导致气缸产生起动冲击现象的首要因素。降低使用压力，使用低速型密封圈和低速型润滑脂，增大负载质 量，采用进气节流，气缸的起动冲击现象会得到改善。 关键词：起动冲击；摩擦力；气缸；实验分析 中图分类号：Ｔ１丑３８．５ｌ文献标识码：Ｂ文章编号：１０００．４８５８（２００７）Ｏ１．０００８．０３ １ 引盲 气缸在起动瞬间，如果排气侧没有背压或背压较 低，活塞杆会急速伸出，产生冲击现象，这会影响气缸 的运动平稳性，严重的还会导致作业失误和设备损 坏ｌ１，２Ｉ。要找到避免起动冲击现象出现的方法，需要 首先弄清楚气缸产生起动冲击现象的原因以及各种影 响因素。文中通过分析气缸起动冲击现象产生的机 理，实验测试进一步分析影响起动冲击现象的主要因 素及影响程度，为研究减小气缸起动冲击的解决途径 打下基础。对于进一步提高气缸运动特性，进而提高 整个气动系统的性能具有重要的意义。 ２气缸起动冲击现象产生的机理 初始状态，由于气缸内活塞和活塞杆处的静摩擦力 较大，活塞并不运动。当无杆腔内压力上升到使得活塞 两侧压力差所产生的作用力刚好能克服活塞和活塞杆 处的静摩擦力时，活塞开始移动。一旦活塞起动，静摩 擦力瞬间降为动摩擦力，产生加速度，无杆腔气体将很 快膨胀，气压能全部转换成使活塞杆快速运动的机械 能，产生较高的运动加速度。而此时有杆腔的气体因无 步弄清楚到底有哪些因素影响气缸起动冲击现象以及 这些因素的影响程度，设计起动冲击影响因素实验，研 究不同气缸结构参数和工作参数下气缸起动冲击现象 的变化规律。 ３．１实验测试装置 ‘为测定不同因素对气缸起动冲击现象的影响程 度，采用如图１所示的实验装置测定气缸活塞的位移． 时间曲线和两腔内压力．时间曲线。气缸活塞的位移 由位移传感器测量，微分得到气缸活塞的速度，气缸两 腔内压力由压力传感器测定。测量数据通过数据采集 波形分析仪进行分析。 初始压力或初始压力较低，根据气体可压缩性可知，有 杆腔的气体被快速压缩，使活塞杆不受阻碍地快速伸 出，产生冲击【３ ］。由此可以看出，元件滑动面间的摩 擦力是导致气缸产生起动冲击现象的首要因素。 ３气缸起动冲击现象影响因素实验 图１实验装置图 ． 收稿日期：２００６—０５—３１ 由上述机理分析可知，气缸产生起动冲击现象主 要和两腔的压力变化、气缸的摩擦力有关。为了进一 作者简介：黄俊（１９７８一），女，湖北襄樊人，博士生，主要从事 气动与机电一体化技术方面的科研工作。 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年第１期 ３，２实验结果及分析 液压与气动 ９ 刻冲击速度达到的最大幅度越大，这是由于气缸活塞 和活塞杆处摩擦力随着缸径增大而增大的缘故。 ５）负载的影响 在排气节流回路中，使用压力为０．４ ＭＰａ时，分 别在负载质量２ 、４ ｋｇ、６ ｋｇ下，某型号气缸的速度一 按照图１所示的测试装置，测试不同实验参数下 气缸速度一时间曲线，分析使用压力、密封圈结构、润滑 脂种类等因素对起动冲击现象的影响程度。 １）使用压力的影响 在排气节流回路中，负载质量为６ 时，分别在 使用压力０．３ ＭＰａ、０．４ ＭＰａ、０．５ ＭＰａ下，某型号气 时间曲线如图２ｅ所示。 从图２ｅ中可以看出，随着负载质量增大，气缸起 缸出现起动冲击现象时的速度一时间曲线如图２ａ所 示。 动时刻冲击速度达到的最大幅度减小。这是因为在相 同的使用压力下，负载质量越大，气缸起动瞬间获得的 加速度越小，因此，气缸起动时刻冲击速度达到的幅度 从图２ａ中可以看出，在相同的负载质量下，随着 使用压力增高，气缸起动冲击速度的幅度变化增大，即 值越小。 起动冲击现象更显著。在无进气节流情况下，使用压 ６）节流方式的影响 力越高，气缸起动时刻进气腔内所能达到的压力越高， 使用压力为０．２ ａ，负载质量为６ ｋｇ时，分别 导致气缸产生的加速度越大，因此气缸起动瞬间速度 在进气节流和排气节流回路中，某型号气缸的速度一时 达到的最大值越大。 间曲线如图２ｆ所示。 ２）润滑脂种类的影响 Ｏ＿３ ０．２ 在排气节流回路中，使用压力为０．５ ＭＰａ，负载质 Ｏ．２５ Ｏ．２ ０．Ｉ５ Ｏ．１ ０．Ｏ５ ０ 量为４ ｋｇ，分别使用标准型和低速型润滑脂的气缸出 现起动冲击现象时的速度一时间曲线如图２ｂ所示。 从图２ｂ中可以看出，当活塞密封圈结构相同时， ｛Ｏ．１ ５ 箬０．１ ０．０５ Ｏ 与使用标准型润滑脂相比，使用低速型润滑脂，气缸起 动时刻冲击速度达到的最大幅度较小，并且，在起动冲 击速度降下来后气缸运动速度的波动较缓，这是由于 在相同驱动条件下低速型润滑脂所产生的摩擦力较小 的缘故。 ３）密封圈结构的影响 ａ） ０．３ Ｏ．２５ ０．２ 叫ｎＵ／ｇ 叫ｒ￣Ｊｊ／ｓ 他 压力下 ｂ）采用小 ｝Ｉｌ＿４甜，脂 ｛３．Ｉ５ 髻【）Ｊ１ ０．０５ 在排气节流回路中，使用压力为０．５ ＭＰａ，负载质 量为４ ｋｇ时，分别采用特殊形和低速型活塞密封圈的 气缸出现起动冲击现象时的速度．时间曲线如图２ｃ所 示。 ０．３ ０．２５ ｌ】．２ 从图２ｃ中可以看出，当润滑脂种类相同时，与使用 特殊形密封圈相比，使用低速型活塞密封圈，气缸起动 时刻冲击速度达到的最大幅度较小，并且，在起动冲击 亡３．１５ 簧【）ｌＩ Ｏ．０５ 速度降下来后气缸运动速度的波动较缓，这和活塞密封 圈的结构有关，在相同使用压力下，使用低速型活塞密 封圈，气缸摩擦力较小，使得气缸起动冲击幅度较小。 ４）缸径的影响 使用压力为０．５ ＭＰａ，负载质量为４ ｋｇ时，在相 ０ 时间／ｓ 时间／ｓ ｅ１不同负载 ｎ不同节流方式 图２气缸速度－时间曲线 从图２ｆ中可以看出，采用排气节流时，气缸起动 时刻速度达到的最大幅度值较大，而采用进气节流方 式时，由于进气腔内气体由于节流的作用，使得进气腔 内的压力需要一段时间才能达到设定的使用压力，因 同的平均运行速度下，缸径分别为１２ ｒｎｌ＇ｎ、１６ １Ｔｌｌ＇ｎ、２０ ｍｉｔｔ的某系列气缸出现起动冲击现象时的速度一时间 曲线如图２ｄ所示。 从图２ｄ中可以看出，随着缸径增大，气缸起动时 此气缸的起动冲击速度幅度较小。 维普资讯 http://www.cqvip.com １０ 液压与气动 ２００７年第１期 快速响应低耗气真空节能系统的研究 滕燕，李小宁，华健 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ Ｔｗｉｎ—ｎｏｚｚｌｅ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ Ｓｈｏｒｔ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ Ｔｉｍｅ ａｎｄ Ｌｏｗ Ａｉｒ Ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ．ＴＥＮＧ Ｙａｎ，ＬＩ Ｘｉａｏ－ｎｉｎｇ，ＨＵＡ Ｊｉａｎ （南京理工大学ＳＭＣ气动技术中心，江苏南京２１００９４） 摘 要：一般来说，由真空发生器构成的真空系统在工作时需要连续的供气，空气消耗量很大，为节省能 源，可选用小直径的喷嘴；另一方面，自动化生产线的动作节拍通常对真空发生器的响应时间提出了较高的 要求，此时需要选用大直径的喷嘴。针对这一矛盾，文中构建了一种由两个真空发生器构成的双喷嘴真空系 统。根据系统不同的真空状态，可实现双喷嘴和单喷嘴之间的切换。对真空切换控制方法进行的仿真和实验 研究表明，将双喷嘴真空系统的切换真空度值确定为等于（或略小于）由响应时间所对应的真空度值是比较 合适的。对双喷嘴真空系统进行的实验结果表明，与单喷嘴真空系统相比，在一定的控制条件下，该系统可 实现快速响应和低耗气量。 关键词：真空发生器；响应时间；耗气量 中图分类号：ＴＨ１３８文献标识码：Ｂ文章编号：１０００ ４８５８（２００７）０１ ００１０．０３ １引言 供气，空气消耗量很大。近年来 人们越来越重视对真 空发生器真空系统的节能研究。如日本的某株式会社 由真空发生器构成的气动真空系统，由于结构简 单、体积小、价格低、安装使用方便等特点，被广泛地应 开发的一种集真空喷嘴、单向阀和真空开关于一体的 用于电子、半导体、食品机械、印刷机械、汽车组装、自 动搬运机械、机器人等工业生产的各个领域＿１ｊ。真空 真空发生器，在一定的控制方法下，１个运送周期内， 与相同尺寸单一喷嘴的真空发生器相比，空气消耗量 收稿日期：２００６—０５．３１ 作者简介：滕燕（１９７０一），女，江苏南京人，副教授，硕士，主 发生器是利用拉瓦尔喷管的原理，当供气压力高于一 定值时，喷管射出超声速射流，在气体黏性的作用下， 卷吸负压腔内的气体，从而形成真空的气动元件。因 此，利用真空发生器产生真空时，需要对其进行连续的 ４结论 要从事气动及机电一体化技术的教学和科研工作。 参考文献： 通过对气缸起动冲击现象进行机理和影响因素实 验测试分析，可以得出以下结论： ［１］ＳＭＣ（中国）有限公司．现代实用气动技术［Ｍ］．北京：机 械工业出版社，１９９８． （１）气缸摩擦力是导致气缸产生起动冲击现象的 ［２］李建藩．气压传动系统动力学［Ｍ］．广州：华南理工大学 出版社，１９９１， ［３］Ｔｅｒａｓｈｉｍａ￣ｕｋｉｏ，Ｋａｗａｋａｍｉ Ｙｕｋｉｏ，Ｋａｗａｉ Ｓｕｎａｏ．Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｉｎ ｐｎｅｕｍａｔｉｃ 首要因素； （２）降低使用压力，使用低速型密封圈和低速型 润滑脂，增大负载质量，采用进气节流，气缸的起动冲 击现象会得到减缓。 通过理论分析和实验测试，得出气缸产生起动冲 ｃｙｌｉｎｄｅｒ［Ｒ］．ｗｕｈａｎ，Ｃｈｉｎａ￣Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｏｕｒｔｈ Ｉｎ— ｔｅｍａｔｉｏｎａＩ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ（ＩＳＦＰ’２００３），２００３． 击现象的原因以及导致气缸起动冲击的影响因素，为 进一步研究减小气缸起动冲击现象的方法提供了理论 基础和实验依据。 ［４］Ｊ．霍林．摩擦学原理［Ｍ］．北京：机械工业出版社，１９８１． ［５］黄俊，李小宁．气缸爬行现象的建模与仿真［Ｊ］．液压与 气动，２００４（６）．
