準(zhǔn)動態(tài)壓力校準(zhǔn)機氣動托錘系統(tǒng)研究

1、準(zhǔn)動態(tài)壓力校準(zhǔn)機氣動托錘系統(tǒng)研究 準(zhǔn)動態(tài)壓力校準(zhǔn)機是一個半正弦壓力發(fā)生器，該機有3個主要功能，第1個功能是用半正弦壓力脈沖對用于測量峰值的塑性敏感元件進行校準(zhǔn)，從而消除其動態(tài)誤差，使測得的膛壓峰值與電測值保持一致，第2個功能是用半正弦壓力脈沖對用于膛壓測量的高壓傳感器進行動態(tài)校準(zhǔn)以獲得其靈敏度等工作參數(shù)；第3個功能是可對校準(zhǔn)用的液壓缸連同其上安裝的測壓器等進行局部溫度控制，以便進行高溫和低溫的準(zhǔn)動態(tài)校準(zhǔn)，并由此求得高低溫修正函數(shù)。1壓力校準(zhǔn)機的工作原理半正弦壓力源是落錘式的，其工作原理為(見圖1所示)重錘由一定高度h自由下落而獲得一定的動能。重錘接觸活塞后依靠其動能推動活塞壓縮缸內(nèi)的液體，從而

2、將重錘動能逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦變?nèi)液體的壓力勢能，當(dāng)動能減為0時活塞停止運動，壓力也就達到峰值，然后被壓縮的液體膨脹推動活塞及重錘向上運動，壓力也逐漸降低，直到活塞恢復(fù)到起始位置，壓力也恢復(fù)到0。這樣，重錘下落打擊活塞一次，即可在液壓缸內(nèi)產(chǎn)生一個半正弦形的壓力脈沖。壓力峰值及壓力脈寬可以通過調(diào)節(jié)m，h和VO，S等參數(shù)來加以改變(m是重錘質(zhì)量，h是落高，VO是液壓缸初始容積，S是活塞工作面積)。半正弦壓力發(fā)生器由液壓缸，重錘，重錘導(dǎo)軌，掛錘系統(tǒng)(含重錘提升及定位功能)，氣動托錘系統(tǒng)和機架等部分組成，裝置總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。其中液壓缸、重錘組件是半正弦壓力發(fā)生器的主要部分，其他部件應(yīng)為保證主要部分的正

3、確工作而設(shè)置。下面，詳細地討論氣動托錘系統(tǒng)設(shè)計。2氣動托錘系統(tǒng)設(shè)計對于準(zhǔn)動態(tài)壓力校準(zhǔn)系統(tǒng)，氣動托錘系統(tǒng)主要有2方面作用：第1，在試驗過程中，當(dāng)重錘下落到最低位置時，起動無桿氣缸帶動托架向上運動并托住重錘，使之不能再次下落打擊活塞。第2，在平常狀態(tài)下，利用氣缸來托住重錘，以防止掛錘(電磁鐵)機構(gòu)長時間掛錘，造成電磁鐵過熱，并防止意外停電時重錘下落，準(zhǔn)備試驗時，氣缸再將托住重錘送到掛錘架掛牢。根據(jù)以上要求，我們設(shè)計了如圖3所示的氣動托錘系統(tǒng)。為了提高氣缸運動穩(wěn)定性，利用排氣控制氣缸速度。2.1氣動托錘系統(tǒng)原理初始狀態(tài)，二位三通閥1、2處于常斷狀態(tài)，電磁閥3、4的1個排氣口用堵頭堵住，電磁閥 5、6

4、的排氣口上安裝2個排氣量不等的消聲節(jié)流閥，主要是控制氣缸的上升和下降速度。通過兩端閉氣，保證氣缸活塞停止在任意位置。重錘下落前，托盤在最低端，當(dāng)光電傳感器探測到重錘下落的最低位置時，電磁閥2、4、 6通電，氣缸上部通過閥2、4、6排氣，閥6導(dǎo)向排氣量較大的消聲節(jié)流閥。此時，氣缸的托盤開始快速上升，直到托住重錘，閥2、4、6隨即斷電，托盤托住重錘停在當(dāng)前位置。托錘盤平常上升動作：閥2、4通電，閥6斷電，氣缸上部通過閥6導(dǎo)向小排氣量節(jié)流閥排氣，托錘架低速上升，當(dāng)把重錘掛在掛錘架時，閥2、4斷電，托盤停住。托錘盤下降動作：閥1、3、5通電，氣缸下部排氣，此時，閥5導(dǎo)向排氣量較大的消聲節(jié)流閥，托錘架下

5、降，臨近到位時，閥5斷電，導(dǎo)向排氣量較小的消聲節(jié)流閥，速度減慢，當(dāng)下降到位時，閥1、3斷電，托盤停住。2.2氣動元件選擇下面通過計算氣動托錘系統(tǒng)所需的流量和重錘重量來選擇氣動元件。2.2.1氣缸的選擇氣缸的作用是利用氣缸上的托盤接住重錘，并把重錘提升到掛錘機構(gòu)。對于本校準(zhǔn)裝置，重錘和托盤的總重量最大為60 kg，運動行程應(yīng)達到1.2 m，因此，我們選擇了力士樂生產(chǎn)的活塞直徑D為40 mm的元活塞桿氣桿170系列，它具有可調(diào)雙向緩沖、可調(diào)速度等優(yōu)點。2.2.2氣缸托錘系統(tǒng)流量計算設(shè)工作壓力選用0.40.6 MPa，設(shè)氣缸上升速度最高為1 ms。則兩氣缸所需有壓流量為(1)因為兩氣缸內(nèi)腔的容積為(

6、氣缸托盤的最大行程為S11.2 m)因此，在一次工作循環(huán)過程中，氣缸的托盤從下到上和從上到下所需的有壓空氣的總量為 6 L。2.2.3氣源調(diào)節(jié)器、氣罐、電磁閥和消聲器的選擇根據(jù)氣缸所需的流量，我們選用FESTO氣源處理三聯(lián)件。該元件對空氣進行過濾，油霧，并且經(jīng)過處理可得一個穩(wěn)定壓力。氣罐主要是在壓力不穩(wěn)定或空氣瞬間消耗時起補償作用，即消除壓力波動。因為氣缸托盤上升時，兩氣缸內(nèi)腔的容積為3 L，同時考慮到安裝空間上的問題，選擇了5 L的氣罐。根據(jù)兩氣缸最大耗氣量為150 Lmin，該流量應(yīng)小于二位三通閥的額定流量，我們選擇了力士樂CD7系列(具有先導(dǎo)口的二位三通電磁閥)。由于排氣口的公稱通徑為G

7、14，且考慮到調(diào)試過程中調(diào)節(jié)氣缸托盤上升的速度，又能大大降低排氣的噪聲，選擇了帶消聲器的節(jié)流閥。2.2.4移動式空氣壓縮機選擇1) 按供氣壓力考慮選取工作壓力(表壓)p工作0.40.6 MPa，選氣動系統(tǒng)總壓力損失不超過0.2 MPa，則空壓機的輸出壓力定在0.8 MPa。2) 按供氣流量要求考慮設(shè)有儲氣罐時，空壓機實際輸出流量為QCk1.k2.k3.Qb式中k1漏損系數(shù)k2備用系數(shù)k3利用系數(shù)Qb氣動系統(tǒng)的平均耗氣量通常令k1.k2.k31.31.5設(shè)氣缸托盤上升時間最少為t上5s，下降時間t下5s。則39 (Lmin)所以QC1.3×3951(Lmin)當(dāng)空壓機停止供氣時，僅靠空

8、壓機儲氣罐中儲存的壓縮空氣維持供氣，以保證氣動系統(tǒng)工作一定時間，按此因素確定氣罐容積2為40 L，最終選擇了巨霸牌皮帶傳動式空壓機。2.2.5管徑的選擇為了減小管道中的壓力損失，管內(nèi)流速不宜太高；但也不宜太低，此時整個系統(tǒng)的體積和成本增大。一般管道內(nèi)的流速可取1040 ms。根據(jù)對目前市場現(xiàn)有的氣管的調(diào)研以及在安裝過程中氣管與氣動元件通過管接頭相互連接的方便性，管接頭選擇了快插式管接件，氣管選擇了內(nèi)徑9 mm，外徑12 mm的尼龍管。由于氣缸的最大耗氣量為Q150.72 Lmin，故管內(nèi)的氣體流速為由于管內(nèi)流速不是太高(70 ms)3，且連接管的長度小于10 m，壓縮空氣在管內(nèi)流動的沿程損失也不會超過0.13 MPa，故不必驗算壓力損失大小。3實驗結(jié)果根據(jù)以上分析，選擇并購買了相應(yīng)的氣動元件，并建立了氣動托錘系統(tǒng)，用PLC控制做了現(xiàn)場實驗。實驗表明，當(dāng)氣缸采用兩端閉氣，使托錘架可以停在行程中的任意位置，且托錘機構(gòu)上升、下降的響應(yīng)時間短。上升、下降可根據(jù)排氣閥調(diào)節(jié)，速度范圍為01.2 ms 。但實驗過程中發(fā)現(xiàn)，由于無活塞桿氣缸滑塊與活塞連接處有少量的漏氣現(xiàn)象，托錘架在任意位置停止時間一般最長可達34 min，慢慢地向下移動，最后到底。為了