偏心负载下摆动气缸运动的不稳定性及抑制方法的研究

论文摘要

气动技术由于其自身拥有很多独特的优点,被广泛应用于生产制造领域,已成为现代工业自动化领域中的重要手段。作为气动技术执行元件的摆动气缸用途十分广泛,较之一般的直动气缸,由于摆动气缸自身的结构特点导致其运动特性容易受到外加偏心负载的影响,这对整个气动系统的稳定性和可靠性都造成了一定的影响,对相关应用领域生产造成了一定的危害和损失。本文针对严重影响摆动气缸正常使用的偏心负载问题进行分析,以期在不大幅增加产品成本的情况下,对摆动气缸结构进行优化改进,尽量减小或消除偏心负载所带来的偏心扭矩影响。首先,通过理论分析和实验相结合的方法,确定偏心负载下摆动气缸运动过程中不稳定现象的成因、特点和规律,提出并试验验证了判定偏心负载下摆动气缸运动稳定性优劣的评价指标αv。其次,提出了增加工作腔连通孔来抑制偏心负载下摆动气缸运动不稳定性现象的方法,并建立了此种情况下的数学模型。在摆动气缸供气和排气管路之间增加电磁比例阀,通过模拟试验验证了这种抑制方法的有效性,并通过MATLAB数值仿真和实验对比进一步修改了数学模型。建立优化目标函数,通过MATLAB遗传算法工具箱,对工作腔连

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 课题背景及研究意义
• 1.3 主要研究内容及章节安排
• 1.4 本章小结
• 第二章 偏心负载下摆动气缸的运动不稳定性及评价指标
• 2.1 引言
• 2.2 偏心负载对摆动气缸运动稳定性影响的分析
• 2.3 偏心负载对摆动气缸角加速度影响试验
• 2.3.1 实验目的及思路
• 2.3.2 气动系统实验装置
• 2.3.3 实验测试方法
• 2.3.4 实验结果及评价指标的确定
• 2.4 本章小结
• 第三章 偏心负载下摆动气缸数学模型建立仿真及实验验证
• 3.1 摆动气缸非线性数学模型的建立
• 3.1.1 摆动气缸两腔的压力微分方程
• 3.1.2 换向阀的压力-流量方程
• 3.1.3 摆动气缸的力矩平衡方程
• 3.2 换向阀控摆动气缸系统仿真及实验对比
• 3.3 结论
• 3.4 本章小结
• 第四章 抑制不稳定性措施实验验证和数学模型的改进
• 4.1 抑制方法思路
• 4.2 抑制方法的实验验证
• 4.2.1 试验装置的改进
• 4.2.2 实验结果及分析
• 4.3 数学模型的改进及验证
• 4.3.1 修改摆动气缸数学模型
• 4.3.2 改进数学模型后的仿真和实验对比
• 4.4 本章小结
• 第五章 工作腔连通孔的结构参数优化设计
• 5.1 引言
• 5.2 遗传算法概述
• 5.2.1 遗传算法的基本思想
• 5.2.2 遗传算法的特点
• 5.2.3 遗传算法的基本操作
• 5.3 遗传算法具体的实现
• 5.3.1 优化变量的选择
• 5.3.2 优化目标及约束条件
• 5.3.3 编码方式的选择
• 5.3.4 进化策略确定
• 5.3.5 算法的实现
• 5.3.6 上述优化设计存在的问题及改进
• 5.4 工作腔连通孔流量特性的CFD 仿真
• 5.4.1 FLUENT 软件简介
• 5.4.2 CFD 仿真的具体实现
• 5.5 利用仿真验证工作腔连通孔的适用范围
• 5.6 本章小结
• 第六章 改进结构的摆动气缸运动特性及实验分析
• 6.1 改进结构的摆动气缸实验
• h=2.0mm）实验'>6.1.1 改进摆动气缸叶片轴条件（D_h=2.0mm）实验
• h=1.7mm）实验'>6.1.2 改进摆动气缸叶片轴条件（D_h=1.7mm）实验
• h=1.6mm）实验'>6.1.3 改进摆动气缸叶片轴条件（D_h=1.6mm）实验
• 6.2 实验结果和结论
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结
• 参考文献
• 附录一 仿真程序清单
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文