基于低摩擦气缸的力平衡系统的研究

发布时间：2017-04-08 12:09

  本文关键词：基于低摩擦气缸的力平衡系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国载人航天技术的飞速发展和探月工程逐步深入的进行，航天器性能的优劣往往影响甚至决定着探月工程进展能否继续顺利的进行。这就需要在航天器进入外太空之前对航天器里的关键元件进行地面测试，以确定其性能能否满足一定的技术指标和要求。这就需要有大量的结构动力学测试设备、测试系统等基础设施来模拟外太空的微重力环境。气动力平衡系统是模拟微重力环境的重要手段，，因此对气动力平衡系统进行研究具有重要意义。 本文首先对力平衡系统中的压力控制元件—大流量压力调节阀进行数学建模和仿真分析。采用仿真分析与实验验证结合的方法，研究了压力调节阀的静、动态特性，研究了压力调节阀充放气过程中出口腔压力动态和阀芯位移动态。 然后对气动力平衡系统里的关键气动元件进行了理论分析和仿真建模，并进行基于低摩擦气缸的气动力平衡系统的建模。在该系统模型的基础上进行了特性分析，分析了气罐容积、气管长度、气缸进气孔直径对系统频率特性的影响，以得到在仿真的水平上对该系统进行结构参数优化设计。 接着，对基于低摩擦气缸的气动力平衡系统进行了仿真分析，分析了该系统的静态平衡特性和动态平衡特性。分析不同的驱动速度、不同的负载质量对系统附加力性能的影响，分析了气罐对于系统驱动速度与附加力关系的影响，以指导实验的进行。 最后对基于低摩擦气缸的气动力平衡系统的力平衡特性进行了实验研究。研究了对于三个不同容积的气罐，力平衡系统在不同的驱动速度的作用下，系统附加力的变化规律。通过实验与仿真进行对比研究，证明系统方案的可行性和有效性。
【关键词】：微重力环境 压力调节阀 气动力平衡系统 特性分析 附加力
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH138.51
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题的来源及研究意义10-11
• 1.2 气动力平衡系统的国内外研究现状11-16
• 1.2.1 低摩擦气缸的研究进展11-13
• 1.2.2 电气比例阀的研究13-14
• 1.2.3 气动力平衡系统的研究14-16
• 1.3 课题的研究内容16-17
• 第2章 大流量压力调节阀的建模仿真与实验分析17-43
• 2.1 引言17
• 2.2 压力调节阀的结构组成及工作原理17-20
• 2.2.1 压力调节阀的结构组成17-18
• 2.2.2 压力调节阀的工作原理18-19
• 2.2.3 压力调节阀的参数实测19-20
• 2.3 压力调节阀的建模20-33
• 2.3.1 阀口流动的质量流量方程20-22
• 2.3.1.1 阀口的质量流量方程21-22
• 2.3.1.2 阀口的有效节流面积22
• 2.3.2 上、下阀口流动的气体质量流量连续性方程22-24
• 2.3.3 阀芯动力学方程24-29
• 2.3.3.1 阀芯运动部分的摩擦力模型28
• 2.3.3.2 阀口橡胶密封垫片的模型28-29
• 2.3.4 压力调节阀的仿真模型29-33
• 2.3.4.1 压力调节阀的反馈主轴受力分析29-31
• 2.3.4.2 压力调节阀仿真模型的建立31-32
• 2.3.4.3 气动提动阀 AMESet 模型修改32-33
• 2.4 压力调节阀静态特性的分析33-36
• 2.4.1 压力调节阀的压力特性34-35
• 2.4.2 压力调节阀的流量特性35-36
• 2.5 压力调节阀的动态特性分析36-41
• 2.5.1 压力调节阀的充放气讨论37-39
• 2.5.2 压力调节阀的出口压力和阀芯位移的响应39-41
• 2.6 本章小结41-43
• 第3章 基于低摩擦气缸的力平衡系统的建模及特性分析43-55
• 3.1 引言43
• 3.2 系统的结构组成及工作原理43-44
• 3.2.1 系统的结构组成43-44
• 3.2.2 系统的工作原理44
• 3.3 系统中关键气动元件的建模44-51
• 3.3.1 压力调节先导阀的建模45-46
• 3.3.2 压力调节主阀仿真模型的封装46
• 3.3.3 间隙密封低摩擦气缸的建模46-51
• 3.3.3.1 气缸内节流孔处的流量方程47-49
• 3.3.3.2 气缸腔室内的流量连续性方程49
• 3.3.3.3 气缸活塞的动力学方程49-50
• 3.3.3.4 对气缸进行整体的仿真建模50-51
• 3.4 系统的仿真建模与特性分析51-54
• 3.4.1 系统的仿真建模51-52
• 3.4.2 系统的特性分析52-54
• 3.4.2.1 气罐容积的大小对系统频率特性的影响52
• 3.4.2.2 气管路的长度对系统频率特性的影响52-53
• 3.4.2.3 气缸进气节流孔直径对系统频率特性的影响53-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 基于低摩擦气缸的力平衡系统的附加力仿真分析55-65
• 4.1 引言55
• 4.2 力平衡系统的静态平衡分析55-56
• 4.3 力平衡系统附加力分析56-64
• 4.3.1 系统驱动速度为常值56-60
• 4.3.2 负载质量为常值60-62
• 4.3.3 气罐容积一定时系统驱动力随驱动速度变化特性62-64
• 4.4 小结64-65
• 第5章 气动力平衡系统的实验研究65-73
• 5.1 引言65
• 5.2 力平衡系统试验台方案设计65-69
• 5.2.1 试验台整体结构65-66
• 5.2.2 试验台的组成元件66-68
• 5.2.3 软件平台及开发程序68-69
• 5.3 力平衡系统的实验69-71
• 5.3.1 实验过程69
• 5.3.2 实验结果69-71
• 5.3.3 实验结果的分析讨论71
• 5.4 本章小结71-73
• 结论73-75
• 参考文献75-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 贾瑞斌;;新型低摩擦气缸的特性及其应用[J];装备制造技术;2012年08期

2 范萌,彭光正,薛阳,赵彤;单出杆低摩擦气缸位置伺服控制系统的分析与研究[J];机床与液压;2003年02期

3 王燕波,包钢,李军,王祖温;气压垂直伺服定位系统的实验研究[J];机床与液压;2004年05期

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本文编号：292827