气缸运行过程分析

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【摘 要】通过对气缸爬行原理，气缸运行瞬态图的分析得出气缸在高速和低速下的运行过程与结果。

【关键词】气缸，低速爬行，瞬态图

1 引言

随着工业的发展，现代工业的技术向规模化、高效化的快速发展，气动设备也迅速向应用与产生自动化的各个领域。但是，因为气动系统的介质空气是可压缩，使得气动系统的刚性和阻尼都很差，所以在气动执行元件运行的时候运动是不稳定的，然而气动系统低廉的价格始终使它有非常强大的竞争力，分析气缸的运行过程有其必要性。

2 气缸爬行原理

气缸的爬行现象，是由于气缸行进时动摩擦和静摩擦阻力不同，气缸推力和负载接近，供气内阻大，当气缸推力克服了静摩擦力向前移动，气缸容积扩大、压力下降，推力小于阻力，气缸停止移动；当气缸压力恢复，推力又大于静摩擦阻力，又重复前述状态。每一个爬行周期都可分两个阶段：一个是能量的存储，一个是能量达到临界值时的立即释放。

3 不同速度下的气缸运行的瞬态图

某气动系统选用单杆双作用无缓冲气缸图1，气源经气口A向气缸无杆腔充气压力P1上升，有杆腔内的气体由排气口B排出 ， 压力P2下降。

图1 单杆双作用气缸

经由实验得出某气动系统气缸运行速度在50mm/s以上的瞬态曲线示意图

图2 瞬态图1

经由实验得出某气动系统气缸运行速度在50mm/s以下的瞬态曲线示意图

在实验过程中在低速下的P1和P2变化不大，在图中不便表述。

图3 瞬态图2

4 结论

由上述两图可得出气缸的运行过程如下：

1. 不论对气缸速度在50mm/s以上的速度，还是在50mm/s以下的速度，开始时由于活塞以及活塞杆与缸壁接触位置的静摩擦力较大，活塞静止不动 。

2. 左侧腔室内的P1逐渐增加，使活塞左右两侧出现压力差，当压力差产生的作用力大小增大到正好可以克服上一过程提到的静摩擦力时，活塞开始移动。在活塞运动之后，由于动摩擦系数小于静摩擦系数， 静摩擦力下降为动摩擦力， 气缸活塞开始作加速运动。

3. 因为左侧腔室内容积扩大速度较快， 而气体供给量不够充足， 导致左侧腔室内压力减小， 右侧腔室内的压力开始逐渐增大，当左右两侧腔室内的压力差的大小与活塞以及活塞杆位置的摩擦力大小相等时，气缸活塞停止加速。

4.活塞因惯性作用会仍然向前移动一段距离， 左侧腔室内的压力持续减小，当左右两侧腔室内的压力差的大小低于活塞以及活塞杆位置摩擦力时，活塞开始减速，

当速度在50mm/s以上时，速度减小到一定的时候，又重复了下一周期运动，气缸活塞运动只会产生快慢不均匀的结果。

当速度在50mm/s以下时，由于初始数值下，速度很容易就会降到零，活塞停止运动。当在重复该周期过程时，活塞再次运动。反复以上过程气缸就会出现爬行现象。因而气缸在低速时容易产生“爬行”现象。

参考文献：

[1] 孙良平 气缸出现爬行现象的原因分析[J]1液压与气动，2001（8）.

[2] 黄俊，李晓宁 气缸爬行现象的建模与仿真[J]，液压与气动，2004（6）

[3] SMC有限公司 现代实用气动技术 [M] 机械工业出版社，1997（7）.

备注：下该课题来源于江西科技学院校级自然科学项目微型精密气压折弯系统稳定控制技术研究，项目编号ZR12YB19