高速气缸自适应缓冲技术研究

现代气动技术正朝着高速化方向发展，缓冲问题是气缸高速驱动需要突破的瓶颈。本项目针对目前高速气缸缓冲对质量负载、速度、供气压力等工况变化自适应能力差的问题，开展高速气缸自适应缓冲技术的应用基础研究。运用气压传动与控制、工程热力学、气体动力学等学科知识，对高速气缸的缓冲机理进行理论和试验研究。建立缓冲过程数学模型，分析冲击能量、吸收能量的平衡关系及其对缓冲性能的影响，研究可变阻尼的、大容量的缓冲方法，实现活塞的平稳停止；分析工况变化对缓冲过程的影响，揭示良好缓冲被破坏的机理，引入缓冲开始时刻的缓冲腔参数作为反馈，提出自适应缓冲策略，以改变缓冲腔压力特性，保持吸收能量和冲击能量的平衡，增强良好缓冲点的鲁棒性；设计缓冲结构，根据能量平衡、缓冲过程速度特性等要求对缓冲结构参数进行多目标优化，用机械结构实现自适应缓冲。这对于气动技术高速化发展具有重要的理论和现实意义。

本项目以气缸高速化中的缓冲问题为背景，针对缓冲特性对质量负载、速度、供气压力等工况变化自适应能力差的不足，开展高速气缸自适应缓冲技术的应用基础研究。.项目建立了高速气缸缓冲实验台，气缸行程可达800mm，最高运行速度2.5m/s，最大负载50kg。通过采集压力传感器、力传感器、位移传感器、速度传感器、加速度传感器等传感器的数据，可以研究高速气缸的缓冲特性。.运用气压传动与控制、工程热力学、气体动力学等学科知识，考虑不同的缓冲结构形式，建立了缓冲过程数学模型，并使用Delphi语言开发了仿真分析软件。通过实验，给出高速气缸的摩擦力特性拟合曲线，测试了调速阀有效流通面积，为提高仿真可信度提供参数支持。.通过仿真和试验，分析速度变化、质量负载变化对冲击能量、吸收能量平衡关系的影响，从而揭示了随工况改变能量平衡关系变化导致缓冲性能变差的机理。.本项目提出了一种具有理想缓冲特性的可变阻尼、大容量缓冲策略。根据缓冲加速度特性曲线，求解出可变节流阻尼的面积曲线。设计了一种缓冲结构，并通过仿真和实验，验证了该结构的吸收能量特性和自适应缓冲特性。.针对工况变化对气缸进气腔压力的影响，本项目引入缓冲过程中进气腔压力作为反馈量，提出了自适应缓冲策略，以改变缓冲腔压力特性保持吸收能量和冲击能量的平衡；设计了缓冲结构，并给出了缓冲节流口结构参数。实验结果表明，当速度变化±11%、负载变化±44%时，所设计的新型气缸具有良好的自适应缓冲能力。.本项目的研究成果对于气动技术高速化发展具有重要的理论和现实意义。