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[练习]气缸的工作原理.doc

[练习]气缸的工作原理

徐红叶
2017-10-23 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《[练习]气缸的工作原理doc》,可适用于高等教育领域

练习气缸的工作原理气缸的工作原理图是又一种浮动联接气液阻尼缸。与前者的区别在于:T形顶块和拉钩装设位置不同前者设置在缸外部。后者设置在气缸活塞杆内结构紧凑但不易调整空行程s(前者调节顶丝即可方便调节s的大小)。特殊气缸()冲击气缸图浮动联接气液阻尼缸冲击气缸是把压缩空气的能量转化为活塞、活塞杆高速运动的能量利用此动能去做功。冲击气缸分普通型和快排型两种。)普通型冲击气缸普通型冲击气缸的结构见图。与普通气缸相比此种冲击气缸增设了蓄气缸和带流线型喷气口及具有排气孔的中盖。其工作原理及工作过程可简述为如下五个阶段(见图):第一阶段:复位段。见图和图a接通气源换向阀处复位状态孔A进气孔B排气活塞在压差的作用下克服密封阻力及运动部件重量而上移借助活塞上的密封胶垫封住中盖上的喷气口。中盖和活塞之间的环形空间C经过排气小孔与大气相通。最后活塞有杆腔压力升高至气源压力蓄气缸内压力降至大气压力。第二阶段:储能段。见图和图b换向阀换向B孔进气充入蓄气缸腔内A孔排气。由于蓄气缸腔内压力作用在活塞上的面积只是喷气口的面积它比有杆腔压力作用在活塞上的面积要小得多故只有待蓄气缸内压力上升有杆腔压力下降直到下列力平衡方程成立时活塞才开始移动。式中d中盖喷气口直径(m)p活塞开始移动瞬时蓄气缸腔内压力(绝对压力)(Pa)p活塞开始移动瞬时有杆腔内压力(绝对压力)(Pa)G运动部件(活塞、活塞杆及锤头号模具等)所受的重力(N)D活塞直径(m)d活塞杆直径(m)F活塞开始移动瞬时的密封摩擦力(N)。若不计式()中G和F项且令d=d则当时活塞才开始移动。这里的p、p均为绝对压力。可见活塞开始移动瞬时蓄气缸腔与有杆腔的压力差很大。这一点很明显地与普通气缸不同。图普通型冲击气缸第三阶段:冲击段。活塞开始移动瞬时蓄气缸腔内压力p可认为已达气源压力ps同时容积很小的无杆腔(包括环形空间C)通过排气孔与大气相通故无杆腔压力p等于大气压力pa。由于paps大于临界压力比所以活塞开始移动后在最小流通截面处(喷气口与活塞之间的环形面)为声速流动使无杆腔压力急剧增加直至与蓄气缸腔内压力平衡。该平衡压力略低于气源压力。以上可以称为冲击段的第I区段。第I区段的作用时间极短(只有几毫秒)。在第I区段有杆腔压力变化很小故第I区段末无杆腔压力p(作用在活塞全面积上)比有杆腔压力p(作用在活塞杆侧的环状面积上)大得多活塞在这样大的压差力作用下获得很高的运动加速度使活塞高速运动即进行冲击。在此过程B口仍在进气蓄气缸腔至无杆腔已连通且压力相等可认为蓄气无杆腔内为略带充气的绝热膨胀过程。同时有杆腔排气孔A通流面积有限活塞高速冲击势必造成有杆腔内气体迅速压缩(排气不畅)有杆腔压力会迅速升高(可能高于气源压力)这必将引起活塞减速直至下降到速度为。以上可称为冲击段的第区段。可认为第区段的有杆腔内为边排气的绝热压缩过程。整个冲击段时间很短约几十毫秒。见图c。图普通型冲击气缸的工作原理蓄气缸中盖排气孔喷气口活塞第四阶段:弹跳段。在冲击段之后从能量观点来说蓄气缸腔内压力能转化成活塞动能而活塞的部分动能又转化成有杆腔的压力能结果造成有杆腔压力比蓄气无杆腔压力还高即形成“气垫”使活塞产生反向运动结果又会使蓄气无杆腔压力增加且又大于有杆腔压力。如此便出现活塞在缸体内来回往复运动即弹跳。直至活塞两侧压力差克服不了活塞阻力不能再发生弹跳为止。待有杆腔气体由A排空后活塞便下行至终点。第五阶段:耗能段。活塞下行至终点后如换向阀不及时复位则蓄气无杆腔内会继续充气直至达到气源压力。再复位时充入的这部分气体又需全部排掉。可见这种充气不能作用有功故称之为耗能段。实际使用时应避免此段(令换向阀及时换向返回复位段)。对内径D=mm的气缸在气源压力MPa下进行实验所得冲击气缸特性曲线见图。上述分析基本与特性曲线相符。对冲击段的分析可以看出很大的运动加速使活塞产生很大的运动速度但由于必须克服有杆腔不断增加的背压力及摩擦力则活塞速度又要减慢因此在某个冲程处运动速度必达最大值此时的冲击能也达最大值。各种冲击作业应在这个冲程附近进行(参见图c)。冲击气缸在实际工作时锤头模具撞击工件作完功一般就借助行程开关发出信号使换向阀复位换向缸即从冲击段直接转为复位段。这种状态可认为不存在弹跳段和耗能段。)快排型冲击气缸由上述普通型冲击气缸原理可见其一部分能量(有时是较大部分能量)被消耗于克服背压(即p)做功因而冲击能没有充分利用。假如冲击一开始就让有杆腔气体全排空即使有杆腔压力降至大气压力则冲击过程中可节省大量的能量而使冲击气缸发挥更大的作用输出更大的冲击能。这种在冲击过程中有杆腔压力接近于大气压力的冲击气缸称为快排型冲击气缸。其结构见图a。快排型冲击气缸是在普通型冲击气缸的下部增加了“快排机构”构成。快排机构是由快排导向盖、快排缸体、快排活塞、密封胶垫等零件组成。快排型冲击气缸的气控回路见图b。接通气源通过阀F同时向K、K充气K通大气。阀F输出口A用直管与K孔连通而用弯管与K孔连通弯管气阻大于直管气阻。这样压缩空气先经K使快排活塞推到上边由快排活塞与密封胶垫一起切断有杆腔与排气口T的通道。然后经K孔向有杆腔进气蓄气一无杆腔气体经K孔通过阀F排气则活塞上移。当活塞封住中盖喷气口时装在锤头上的压块触动推杆切换阀F发出信号控制阀F使之切换这样气源便经阀F和K孔向蓄气腔内充气一直充至气源压力。图冲击气缸特性曲线图快排型冲击气缸结构及控制回路a)结构图b)控制回路快排导向盖密封胶垫快排活塞快排缸体中盖T方孔C环形空间推杆气阻气容冲击工作开始时使阀F切换则K进气K和K排气快排活塞下移有杆腔的压缩空气便通过快排导向盖上的多个圆孔(个)再经过快排缸体上的多个方孔T(余个)及K直接排至大气中。因为上述多个圆孔和方孔的通流面积远远大于K的通流面积所以有杆腔的压力可以在极短的时间内降低到接近于大气压力。当降到一定压力时活塞便开始下移。锤头上压块便离开行程阀F的推杆阀在弹簧的作用下复位。由于接有气阻和气容阀虽然复位但F却延时复位这就保证了蓄气缸腔内的压缩空气用来完成使活塞迅速向下冲击的工作。否则若F复位F同时复位的话蓄气缸腔内压缩空气就会在锤头没有运动到行程终点之前已经通过K孔和阀F排气了所以当锤头开始冲击后F的复位动作需延时几十毫秒。因所需延时时间不长冲击缸冲击时间又很短往往不用气阻、气容也可以只要阀F的换向时间比冲击时间长就可以了。在活塞向下冲击的过程中由于有杆腔气体能充分地被排空故不存在普通型冲击气缸有杆腔出现的较大背压因而快排型冲击气缸的冲击能是同尺寸的普通型冲击气缸冲击能的,倍。()数字气缸如图所示它由活塞、缸体、活塞杆等件组成。活塞的右端有T字头活塞的左端有凹形孔后面活塞的T字头装入前面活塞的凹形孔内由于缸体的限制T字头只能在凹形孔内沿缸轴向运动而两者不能脱开若干活塞如此顺序串联置于缸体内T字头在凹形孔中左右可移动的范围就是此活塞的行程量。不同的进气孔A,Ai(可能是A或是A和A或A、A和A还可能是A和A或A和A等等)输入压缩空气(,MPa)时相应的活塞就会向右移动每个活塞的向右移动都可推动活塞杆向右移动因此活塞杆每次向右移动的总距离等于各个活塞行程量的总和。这里B孔始终与低压气源相通(,MPa)当A,Ai孔排气时在低压气的作用下活塞会自动退回原位。各活塞的行程大小可根据需要的总行程s按几何级数由小到大排列选取。设s=mm采用个活塞则各活塞的行程分别取α=mmα=mmα=mm。如s=mm可用个活塞则α、α、α„„α分别设计为、、、、、mm由这些数值组合起来就可在,mm范围内得到mm整数倍的任意输出位移量。而这里的α、α、α„„αi可以根据需要设计成各种不同数列就可以得到各种所需数值的行程量。()回转气缸如图a所示主要由导气头、缸体、活塞、活塞杆组成。这种气缸的缸体连同缸盖及导气头芯被其他动力(如车床主轴)携带回转活塞及活塞杆只能作往复直线运动导气头体外接管路固定不动。固转气缸的结构如图b所示。为增大其输出力采用两个活塞串联在一根活塞杆上这样其输出力比单活塞也增大约一倍且可减小气缸尺寸导气头体与导气头芯因需相对转动装有滚动轴承并以研配间隙密封应设油杯润滑以减少摩擦避免烧损或卡死。回转气缸主要用于机床夹具和线材卷曲等装置上。()挠性气缸挠性气缸是以挠性软管作为缸筒的气缸。常用挠性气缸有两种。一种是普通挠性气缸见图由活塞、活塞杆及挠性软管缸筒组成。一般都是单作用活塞气缸活塞的回程靠其他外力。其特点是安装空间小行程可较长。图数字气缸活塞缸体活塞杆图回转气缸a)原理图b)结构图活塞杆、密封圈缸体活塞轴承缸盖、导气头体导气头芯中盖螺栓图普通挠性气缸第二种挠性气缸是滚子挠性气缸见图。由夹持滚子代替活塞及活塞杆夹持滚子设在挠性缸筒外表面A端进气时左端挠性筒膨胀B端排气缸左端收缩夹持在缸筒外部的滚子在膨胀端的作用下向右移动滚子夹带动载荷运动。可称为挠性筒滚子气缸。这种气缸的特点是所占空间小输出力较小载荷率较低可实现双作用。图滚子挠性气缸()钢索式气缸钢索式气缸见图是以柔软的、弯曲性大的钢丝绳代替刚性活塞杆的一种气缸。活塞与钢丝绳连在一起活塞在压缩空气推动下往复运动钢丝绳带动载荷运动安装两个滑轮可使活塞与载荷的运动方向相反。这种气缸的特点是可制成行程很长的气缸如制成直径为mm行程为m左右的气缸也不困难。钢索与导向套间易产生泄漏。图钢索式气缸SMC,FESTONORGRENBUSCHJOSTHOERBIGERORIGAASCONUMATICSMACAIRTACCHELICBIMBACONVUMPISCOKURODACKDKOGANEIPNEUMAXUNIVERLEGRISBOSCHREXROTHYUKENNACHITAIYOPARKERMILLERSCHRADERBELLOWSEATONVICKERS,ATOSHYDAC,NORTHMANSPIRAXSARCOBURKET等国内外著名气动液压品牌产品。

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