气缸壁面温度预测研究

发布时间：2017-05-25 03:17

  本文关键词：气缸壁面温度预测研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气动技术伴随着工业自动化的发展,广泛应用于生产自动化过程中的各个领域。实际应用中经常发现,较大类型的气缸在带负载运行一段时间后,气缸壁面会出现发冷甚至会出现壁面结露的现象,较小类型的气缸则会出现壁面发热的现象。研究气缸壁面发冷或发热现象,阐述其发生机理,提出相应的解决措施对气缸寿命和系统性能的提升已经成为一个重要的研究课题。本文以大类型气缸为研究对象,首先提出等效热功率概念,对不同工况下的气缸壁面温度进行预测,结合实验验证预测结论,并针对不同工况提出解决或缓解气缸壁面发冷的方案。本文的主要研究工作总结如下:(1)利用Simulink模块搭建此次研究对象的仿真平台。建立包含热交换的气缸运动数学模型,验证此次数学模型的正确性。(2)搭建此次研究对象的实验平台,利用LabVIEW进行数据采集及其控制回路的搭建。结合实验对此次研究对象的仿真所需要的参数进行识别,利用时常数法计算并推导了气缸内部气体与气缸内壁面的平均换热系数的方法,结合实验求得内部平均换热系数。(3)提出等效热功率的概念来研究气缸壁面温度的变化情况,等效热功率模型是根据气缸一个运动周期内的仿真结果,预测气缸运行达到热稳态时的壁面温度变化。等效热功率主要包括气缸充放气热功率和气缸活塞密封圈与气缸内壁的摩擦力热功率。充放气热功率根据一个周期内,气体温度的仿真结果进行计算,而摩擦力热功率需要结合实验对摩擦力进行测量以及热分配系数进行计算。(4)计算不同条件下的等效热功率并对气缸壁面温度进行预测,结合实验得到不同工况下的气缸壁面温度结果,对比预测结果和实验结果证明等效热功率模型在一定程度上可以对气缸壁面温度进行预测。研究气缸运行参数对气缸壁面温度的影响。(5)针对不同工况,提出解决气缸壁面温度发冷的解决方案。在单向负载工况下,提出减小回程气源的方案,可以有效地对气缸壁面发冷现象进行控制,同时减小气体消耗量,降低能量损失。在双向负载工况下,提出增大气缸外壁面换热面积的措施来缓解气缸壁面发冷程度,仿真结合实验证实解决方案的正确性。
【关键词】：气缸壁面温度研究 运动参数识别 等效热功率模型 运行参数影响
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH138.51
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 气缸壁面温度研究目的9-10
• 1.2 气缸壁面温度研究国内外现状10-14
• 1.3 本课题研究内容14-16
• 第二章 数学模型的建立16-33
• 2.1 不含热交换的数学模型16-18
• 2.2 Simulink仿真计算18-22
• 2.3 包含热交换模型研究22-28
• 2.3.1 压强温度方程22-25
• 2.3.2 流量方程25-26
• 2.3.3 摩擦力模型26-28
• 2.4 等效热功率模型28-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 气缸运动参数识别33-46
• 3.1 实验台搭建33-38
• 3.2 内部等效换热系数识别38-42
• 3.3 其余模型参数识别42-45
• 3.3.1 进出气口声速流导C_1, C_2的测量42-43
• 3.3.2 摩擦力参数确定43-44
• 3.3.3 闭死容积确定44-45
• 3.4 本章小结45-46
• 第四章 气缸壁面温度预测研究46-58
• 4.1 压强温度实验仿真结果对比46-49
• 4.2 等效热功率预测与实验对比49-51
• 4.3 不同工况下仿真与实验对比51-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 气缸壁面温度控制研究58-78
• 5.1 气缸运行参数对壁面温度的影响58-68
• 5.1.1 气源压力P_s对气缸壁面温度的影响58-63
• 5.1.2 有效进出口面积A_e对气缸壁面温度的影响63-67
• 5.1.3 气缸外壁有效散热面积对气缸壁面温度的影响67-68
• 5.2 改善气缸壁面发热或发冷的回路提案68-76
• 5.2.1 单向负载工况下，气缸壁面温度调控方案69-72
• 5.2.2 双向负载工况下，气缸壁面温度调控72-76
• 5.3 本章小结76-78
• 第六章 总结和展望78-81
• 6.1 本文研究工作小结78-79
• 6.2 本文主要创新点79
• 6.3 展望79-81
• 参考文献81-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间发表论文及科研情况84-86

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