机械专业外文翻译--实验验证微型液压缸的O形密封圈模型 中文版

翻译部分 英文原文 中文译文 实验验证微型液压缸的 冀夏 机械工程系 明尼苏达大学 111 教堂街，明尼阿波利斯， 55455 电子邮件： 廉 机械工程系 明尼苏达大学 111 教堂街，明尼阿波利斯， 55455 电子邮件： 要 使微小的液压系统 仿真，包括预测系统的效率，有必要确定 液压缸的活塞密封的影响。小缸其口径小于 10 毫米，使用 O 型密封圈方便。对 O 形圈的简化模型被用来描述活塞泄漏和摩擦模型的基础上，预测的范围为小缸效率稳态操作条件。为了验证模型，一个试验台是人工采集实验数据， 69 毫米口径的缸，这是在一个垂直的形式 一个 O 形密封圈。 充分扩展和把负载下。针型阀然后破裂引起 降速度不同。压力，载荷和速度这是比较模型的预测。模型实验结果表明，基本上是零泄漏。实验 效率已经在良好的协议与模型操作条件范围。研究表明，简单的 O 形圈模型的小液压缸，能够满足建筑系统的仿真模型。 简介 大型液压系统以其高功率的优势相比其他技术具有明显的优势，这就是为什么液压系统广泛应用于重型挖掘机等。最近的一项研究显示，电力保持微小的液压系统，使液压系统更加人性化的设备而如青睐。 线性液压缸是最常见的液压系统执行器，因为他们有更简单和更高的回转液压马达的效率比。对于大多数系统，以整体系统效率通过泵和阀的效率为主。然而，在小规模的系统中，气缸效率问题随着缸力和使用环境变化。因此需要在缸效率模型小规模的充分了解下，设计 整体效率 液压系统。 小口径液 压缸效率模型分析在之前的研究中发现，结果显示缸效率降低的缸径减小，而且效率急剧下降，低于 1 厘米的孔，再需要加强对效率的模型时需要小尺寸设计。我曾经为一个模型间隙密封设计方案，这项工作的目的是验证一个简单的模型为橡胶密封件。 气缸的效率模型泄漏 在密封流体的泄漏模型 (1) 其中 B 是缸孔尺寸， 是流体的粘度， U R 活塞速度， m 是最大的 O 形密封圈接触压力和是形密封圈的接触宽度。 气缸的摩擦 气缸的效率主要是确定的 O 形圈的压缩比率，说明密封的松紧度。更高的压缩比率，需要更严格的密封和较小的泄漏，更严格的密封，然而，意味着更多的摩擦，这就降低效率。因为它的重要性， O 形圈挤压比非常重要。 O 形圈在活塞组件插入气缸体截面后放在活塞环槽。 （ 2） 其中 D 是原来的 O 形密封圈的截面直径，是 O 形圈截面直径的百分比。可以从手册图 9 读取， O 形密封圈的压缩比率然后计算： （ 3） 其中 塞环槽直径 D bD G） / 2 是 装 （ 4） 在 F 型圈横截面直径和 环材料。 F = 分润滑，密封面和一个典型的弹性密封性模量为 10 力效率 一个理想的气缸压力 （ 5） 其中 M 是负载， P 是活塞面积。 由于 O 形密封圈的摩擦，实际的缸内压力 P 小于理想的压力 （ 6） 因此，气缸力效率 （ 7） 试验装置方法 三套活塞和缸体匹配制造验证测试孔尺寸 4， 6 和 9 毫米（图 1）。高精度，活塞加工紧公差精密研磨棒。活塞槽加工成活塞杆尺寸，活塞槽直径为指定的手册实现 14%的压缩比率的定义方程式。鱼片尺寸 切断的上下部分槽 的 O 形圈安装方便。整体活塞长度小于 10 倍口径减少杆弯曲和线性，安装在缸体的顶部垂直限制运动的活塞，以减少侧装的密封。 缸体固定在刚性框架（图 2）。一个加载块的质量可以变化的正上方悬挂活塞能够在低摩擦上下移动线性滑 轨。活塞头下连接管针型阀可调整控制的负载下降速度压在活塞杆的另一端为液压油通过阀进入储层，是开放的大气。另一组阀连接的气缸一个小的液压轴向柱塞泵的目的是运行油从水库进入气缸，活塞和延伸提高测试的启动负荷。在测试过程中，泵从电路断开。 一个模拟输出压力表（ 米茄工程）是连接气缸和之间阀测量气缸压力和线性电位器（ 统）连接到负载测量 吨的位置。压力和位置传感器的信号进行数字化处理使用 据采集系统（ 国 仪器仪表）。活塞力的测定通过测量使用数字规模的载重量。 测试协议 测试协议设计在一个稳定的数据采集该负载由设置的速度状态下降针形阀。测试条件覆盖一定范围内的负载和一系列的下降速度。使用这种原始的优点 相对于流量脉动运动平滑结果从泵驱 动的运动，速度慢的可以达到通过最小的阀门开裂。 缸压力的测量负载下降试验中图 3 所示，这表明基本恒定的输出。低速运动的一个例子如图 4 所示， 速度为 1 毫米 /秒的位置和楼梯剖面图记录是由 量化引起的。 开始移动荷载对其提出的位置使用通过关闭泵阀。重量加到负载块为了达到预期的试验条件。针形阀被打开到所需的位置，位置和压力传感器采样作为负荷下降。适合一个位置记录直线估计活塞速度。在活塞上的力从载重量和气 缸压力的计算出压力传感器。相应的 载适用于约 生产汽缸压力和速度为约 1至 20 毫米 /秒，在每集测试，系统消除溶解空气流血。这是离开系统负荷下的 24 小时内完成。 测量活塞 O 形密封圈的泄漏，延长其与所有的最大负重的最大高度阀门关闭，锁紧活塞到位。初始位置由位置传感器采集的数据估计为 5 分钟。在 时的标记，位置传感器采样 5 分钟。在 64 小时的标记（完全消除空气气泡），另一个 5 分钟的位置数据采集。在88 小时的标记，最后 5 分钟的位置数据的收集。 结果 通过比较缸力效率为 从实验数据计算压力函数（的标记 效率，通过模型预测（线）的三种尺寸的圆柱和两活塞速度。摩擦有限 O 形环和汽缸壁之间的有效 F 取决于在润滑条件下，由于润滑只能估计，我们的模型上（虚线）和较低的（虚线）界使用的最大值和最小值 F 的摩擦系数。图 8 显示了效率作为一个功能两缸压力孔尺寸。 图 9 显示了气缸的位置泄漏测试期间设置为 0 微米的初始位置。在 时的数据，振荡之间的 100 和 200 微米 ，因为漏气在流体产生位置信号噪声的气泡。在 64时，位置固定在 200 微米。 讨论密封泄漏 公式中的泄漏模型，预测由移动的泄漏，然而由于密封，泄漏量小，流量测量率的气缸和活塞速度的要求精度是不可行的。实验表明（图 9）泄漏是单薄，活塞没动过多在负荷小时。由此我们得出这样的结论：在我们的情况下，气缸容积效率基本上是 100%对于小口径钢瓶的整体效率为主。 密封摩擦 结果表明，摩擦模型的方程，预测测量活塞力效率的大小和在整个测试工作范围可以很清楚地看到，图 8。 通常情况下， O 形圈压缩比率之间的 7% - 15%，是一对 O 形圈的表现可接 受的范围内。14%挤压比被选定为在这项研究中测试的气缸确保有足够的摩擦在防爆措施，实验图 5 和图7 表明，活塞效率接近 100%时，压力高，尽管高 O 形圈挤压比和效率，推出了低压力预期。在应用低摩擦是很重要的，它将有可能制造下压气缸比密封可以在较低压力下提高效率。一个压缩比超过 15%，不建议作为摩擦大幅上升和 O 形圈。 O 形密封圈的拉伸率 （ 8） 其中 D G 安装槽直径，是 O 型圈内径。延伸率是直接相关的挤压比，以避免损坏不应超过极限通过的设计而建立。 方程式 4 密封摩擦不改变与 吨的速度，这是大致情况。图 5 8 意味着速度不需要考虑计算 如果密封无泄漏或缸效率几乎无泄漏。 仔细检查的数据，特别是图 79 毫米口径，表明效率确实在一定程度上取决于速度。这是因为摩擦系数 变化，这可以通过图 10 所示的曲线解释说明两液路间 摩擦力的变化面。在我们的实验中，缸效率改进的速度，这表明，随着速度的增加，摩擦可能是向下移动的曲线在混合摩区。 结论 本研究的主要结论是，一个简单的数学 一个 O 形环的数学模型来描述摩擦和一个小型液压缸泄漏。此外，实验结果表明，对一个小缸，一个 O 型圈密封是 本无泄漏，这意味着缸效率取决于摩擦状况。因此，在开发系统模型微型液压系统，可能由一个小缸缸力效率模型为代表的方程式进行。 图 10。典型的 线显示摩擦取决于在速度。三摩擦区域的确定：边界或混合流体动力。活塞有较低的摩擦（更有效）在更高的速度，这表明沿着曲线的混合摩区。 同时也表明，简单的模型不足以描述详细的行为，如摩擦发生的小变化与活塞速度。 确认 这项研究是由中心支持的高效流体动力，国家科学基金会的工程师研究中心的资助下进行的，合作协议号 参考文献 1 埃克斯， A.，加斯曼， M.，史密斯， R， 2006。液压电力系统分析。泰勒 &弗兰西斯。 2 夏， J，德菲， W. K.， 2013。“分析小液压驱动系统”。机械设计杂志 标志， 135（ 9），页 1 11。 3 爱， 林德， R F，扬森， J.， 2009。“驱动关节手指和手的假肢。在 能机器人系统”，页 2586 2591。 4 段， K， A， 2011。“主动控制设计踝足矫形器”。 5 何， J，和德菲， W. K.， 2011。“小 模 液压缸”。在第五十二届全国流体电力，页 1 5。 6 威尔逊， W. E.， 1950。正排量泵和液压马达。公司，纽约。 7 开博尔， A.， 1988。“流体动力润滑往复运动橡胶密封件与密封泄漏； O 形圈”。国际摩擦学， 21（ 6），页 361 367。 8 开克斯维尔， A.， 1990。“几何和接触压力 O 形密封圈安装在密封槽”。工业工程化学。 29，页 2134 2137。 9 派克汉尼汾， P.， 2