機械專業(yè)外文翻譯--實驗驗證微型液壓缸的O形密封圈模型 中文版

翻譯部分 英文原文 中文譯文 實驗驗證微型液壓缸的 冀夏 機械工程系 明尼蘇達大學 111 教堂街，明尼阿波利斯， 55455 電子郵件： 廉 機械工程系 明尼蘇達大學 111 教堂街，明尼阿波利斯， 55455 電子郵件： 要 使微小的液壓系統(tǒng) 仿真，包括預測系統(tǒng)的效率，有必要確定 液壓缸的活塞密封的影響。小缸其口徑小于 10 毫米，使用 O 型密封圈方便。對 O 形圈的簡化模型被用來描述活塞泄漏和摩擦模型的基礎上，預測的范圍為小缸效率穩(wěn)態(tài)操作條件。為了驗證模型，一個試驗臺是人工采集實驗數(shù)據， 69 毫米口徑的缸，這是在一個垂直的形式 一個 O 形密封圈。 充分擴展和把負載下。針型閥然后破裂引起 降速度不同。壓力，載荷和速度這是比較模型的預測。模型實驗結果表明，基本上是零泄漏。實驗 效率已經在良好的協(xié)議與模型操作條件范圍。研究表明，簡單的 O 形圈模型的小液壓缸，能夠滿足建筑系統(tǒng)的仿真模型。 簡介 大型液壓系統(tǒng)以其高功率的優(yōu)勢相比其他技術具有明顯的優(yōu)勢，這就是為什么液壓系統(tǒng)廣泛應用于重型挖掘機等。最近的一項研究顯示，電力保持微小的液壓系統(tǒng)，使液壓系統(tǒng)更加人性化的設備而如青睞。 線性液壓缸是最常見的液壓系統(tǒng)執(zhí)行器，因為他們有更簡單和更高的回轉液壓馬達的效率比。對于大多數(shù)系統(tǒng)，以整體系統(tǒng)效率通過泵和閥的效率為主。然而，在小規(guī)模的系統(tǒng)中，氣缸效率問題隨著缸力和使用環(huán)境變化。因此需要在缸效率模型小規(guī)模的充分了解下，設計 整體效率 液壓系統(tǒng)。 小口徑液 壓缸效率模型分析在之前的研究中發(fā)現(xiàn)，結果顯示缸效率降低的缸徑減小，而且效率急劇下降，低于 1 厘米的孔，再需要加強對效率的模型時需要小尺寸設計。我曾經為一個模型間隙密封設計方案，這項工作的目的是驗證一個簡單的模型為橡膠密封件。 氣缸的效率模型泄漏 在密封流體的泄漏模型 (1) 其中 B 是缸孔尺寸， 是流體的粘度， U R 活塞速度， m 是最大的 O 形密封圈接觸壓力和是形密封圈的接觸寬度。 氣缸的摩擦 氣缸的效率主要是確定的 O 形圈的壓縮比率，說明密封的松緊度。更高的壓縮比率，需要更嚴格的密封和較小的泄漏，更嚴格的密封，然而，意味著更多的摩擦，這就降低效率。因為它的重要性， O 形圈擠壓比非常重要。 O 形圈在活塞組件插入氣缸體截面后放在活塞環(huán)槽。 （ 2） 其中 D 是原來的 O 形密封圈的截面直徑，是 O 形圈截面直徑的百分比?？梢詮氖謨詧D 9 讀取， O 形密封圈的壓縮比率然后計算： （ 3） 其中 塞環(huán)槽直徑 D bD G） / 2 是 裝 （ 4） 在 F 型圈橫截面直徑和 環(huán)材料。 F = 分潤滑，密封面和一個典型的彈性密封性模量為 10 力效率 一個理想的氣缸壓力 （ 5） 其中 M 是負載， P 是活塞面積。 由于 O 形密封圈的摩擦，實際的缸內壓力 P 小于理想的壓力 （ 6） 因此，氣缸力效率 （ 7） 試驗裝置方法 三套活塞和缸體匹配制造驗證測試孔尺寸 4， 6 和 9 毫米（圖 1）。高精度，活塞加工緊公差精密研磨棒。活塞槽加工成活塞桿尺寸，活塞槽直徑為指定的手冊實現(xiàn) 14%的壓縮比率的定義方程式。魚片尺寸 切斷的上下部分槽 的 O 形圈安裝方便。整體活塞長度小于 10 倍口徑減少桿彎曲和線性，安裝在缸體的頂部垂直限制運動的活塞，以減少側裝的密封。 缸體固定在剛性框架（圖 2）。一個加載塊的質量可以變化的正上方懸掛活塞能夠在低摩擦上下移動線性滑 軌?；钊^下連接管針型閥可調整控制的負載下降速度壓在活塞桿的另一端為液壓油通過閥進入儲層，是開放的大氣。另一組閥連接的氣缸一個小的液壓軸向柱塞泵的目的是運行油從水庫進入氣缸，活塞和延伸提高測試的啟動負荷。在測試過程中，泵從電路斷開。 一個模擬輸出壓力表（ 米茄工程）是連接氣缸和之間閥測量氣缸壓力和線性電位器（ 統(tǒng)）連接到負載測量 噸的位置。壓力和位置傳感器的信號進行數(shù)字化處理使用 據采集系統(tǒng)（ 國 儀器儀表）?；钊Φ臏y定通過測量使用數(shù)字規(guī)模的載重量。 測試協(xié)議 測試協(xié)議設計在一個穩(wěn)定的數(shù)據采集該負載由設置的速度狀態(tài)下降針形閥。測試條件覆蓋一定范圍內的負載和一系列的下降速度。使用這種原始的優(yōu)點 相對于流量脈動運動平滑結果從泵驅 動的運動，速度慢的可以達到通過最小的閥門開裂。 缸壓力的測量負載下降試驗中圖 3 所示，這表明基本恒定的輸出。低速運動的一個例子如圖 4 所示， 速度為 1 毫米 /秒的位置和樓梯剖面圖記錄是由 量化引起的。 開始移動荷載對其提出的位置使用通過關閉泵閥。重量加到負載塊為了達到預期的試驗條件。針形閥被打開到所需的位置，位置和壓力傳感器采樣作為負荷下降。適合一個位置記錄直線估計活塞速度。在活塞上的力從載重量和氣 缸壓力的計算出壓力傳感器。相應的 載適用于約 生產汽缸壓力和速度為約 1至 20 毫米 /秒，在每集測試，系統(tǒng)消除溶解空氣流血。這是離開系統(tǒng)負荷下的 24 小時內完成。 測量活塞 O 形密封圈的泄漏，延長其與所有的最大負重的最大高度閥門關閉，鎖緊活塞到位。初始位置由位置傳感器采集的數(shù)據估計為 5 分鐘。在 時的標記，位置傳感器采樣 5 分鐘。在 64 小時的標記（完全消除空氣氣泡），另一個 5 分鐘的位置數(shù)據采集。在88 小時的標記，最后 5 分鐘的位置數(shù)據的收集。 結果 通過比較缸力效率為 從實驗數(shù)據計算壓力函數(shù)（的標記 效率，通過模型預測（線）的三種尺寸的圓柱和兩活塞速度。摩擦有限 O 形環(huán)和汽缸壁之間的有效 F 取決于在潤滑條件下，由于潤滑只能估計，我們的模型上（虛線）和較低的（虛線）界使用的最大值和最小值 F 的摩擦系數(shù)。圖 8 顯示了效率作為一個功能兩缸壓力孔尺寸。 圖 9 顯示了氣缸的位置泄漏測試期間設置為 0 微米的初始位置。在 時的數(shù)據，振蕩之間的 100 和 200 微米 ，因為漏氣在流體產生位置信號噪聲的氣泡。在 64時，位置固定在 200 微米。 討論密封泄漏 公式中的泄漏模型，預測由移動的泄漏，然而由于密封，泄漏量小，流量測量率的氣缸和活塞速度的要求精度是不可行的。實驗表明（圖 9）泄漏是單薄，活塞沒動過多在負荷小時。由此我們得出這樣的結論：在我們的情況下，氣缸容積效率基本上是 100%對于小口徑鋼瓶的整體效率為主。 密封摩擦 結果表明，摩擦模型的方程，預測測量活塞力效率的大小和在整個測試工作范圍可以很清楚地看到，圖 8。 通常情況下， O 形圈壓縮比率之間的 7% - 15%，是一對 O 形圈的表現(xiàn)可接 受的范圍內。14%擠壓比被選定為在這項研究中測試的氣缸確保有足夠的摩擦在防爆措施，實驗圖 5 和圖7 表明，活塞效率接近 100%時，壓力高，盡管高 O 形圈擠壓比和效率，推出了低壓力預期。在應用低摩擦是很重要的，它將有可能制造下壓氣缸比密封可以在較低壓力下提高效率。一個壓縮比超過 15%，不建議作為摩擦大幅上升和 O 形圈。 O 形密封圈的拉伸率 （ 8） 其中 D G 安裝槽直徑，是 O 型圈內徑。延伸率是直接相關的擠壓比，以避免損壞不應超過極限通過的設計而建立。 方程式 4 密封摩擦不改變與 噸的速度，這是大致情況。圖 5 8 意味著速度不需要考慮計算 如果密封無泄漏或缸效率幾乎無泄漏。 仔細檢查的數(shù)據，特別是圖 79 毫米口徑，表明效率確實在一定程度上取決于速度。這是因為摩擦系數(shù) 變化，這可以通過圖 10 所示的曲線解釋說明兩液路間 摩擦力的變化面。在我們的實驗中，缸效率改進的速度，這表明，隨著速度的增加，摩擦可能是向下移動的曲線在混合摩區(qū)。 結論 本研究的主要結論是，一個簡單的數(shù)學 一個 O 形環(huán)的數(shù)學模型來描述摩擦和一個小型液壓缸泄漏。此外，實驗結果表明，對一個小缸，一個 O 型圈密封是 本無泄漏，這意味著缸效率取決于摩擦狀況。因此，在開發(fā)系統(tǒng)模型微型液壓系統(tǒng)，可能由一個小缸缸力效率模型為代表的方程式進行。 圖 10。典型的 線顯示摩擦取決于在速度。三摩擦區(qū)域的確定：邊界或混合流體動力?；钊休^低的摩擦（更有效）在更高的速度，這表明沿著曲線的混合摩區(qū)。 同時也表明，簡單的模型不足以描述詳細的行為，如摩擦發(fā)生的小變化與活塞速度。 確認 這項研究是由中心支持的高效流體動力，國家科學基金會的工程師研究中心的資助下進行的，合作協(xié)議號 參考文獻 1 ?？怂?， A.，加斯曼， M.，史密斯， R， 2006。液壓電力系統(tǒng)分析。泰勒 &弗蘭西斯。 2 夏， J，德菲， W. K.， 2013?！胺治鲂∫簤候寗酉到y(tǒng)”。機械設計雜志 標志， 135（ 9），頁 1 11。 3 愛， 林德， R F，揚森， J.， 2009。“驅動關節(jié)手指和手的假肢。在 能機器人系統(tǒng)”，頁 2586 2591。 4 段， K， A， 2011?！爸鲃涌刂圃O計踝足矯形器”。 5 何， J，和德菲， W. K.， 2011。“小 模 液壓缸”。在第五十二屆全國流體電力，頁 1 5。 6 威爾遜， W. E.， 1950。正排量泵和液壓馬達。公司，紐約。 7 開博爾， A.， 1988?！傲黧w動力潤滑往復運動橡膠密封件與密封泄漏； O 形圈”。國際摩擦學， 21（ 6），頁 361 367。 8 開克斯維爾， A.， 1990?！皫缀魏徒佑|壓力 O 形密封圈安裝在密封槽”。工業(yè)工程化學。 29，頁 2134 2137。 9 派克漢尼汾， P.， 2