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水平振動對氣缸壽命影響的試驗研究
水平振動對氣缸壽命影響的試驗研究（技術(shù)）
氣壓傳動和控制是生產(chǎn)自動化和機(jī)械化zui手段之一。氣缸作為將壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的氣動執(zhí)行元件，具有結(jié)構(gòu)相對簡單輕便，使用介質(zhì)為空氣較為環(huán)保。相較于液壓、電機(jī)等其他傳動方式，氣缸的輸出力及運動速度調(diào)節(jié)相對簡單，具有耐高溫、防爆、防潮，能遠(yuǎn)距離輸送氣體運動等特點[1]，因此其廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域。當(dāng)前，氣缸在汽車、高鐵等軌道交通設(shè)備上的應(yīng)用越來越多，這些交通設(shè)備在高速運動時產(chǎn)生的高速振動對氣缸使用會產(chǎn)生影響，因此研究振動對氣缸使用壽命的影響，進(jìn)而提升氣缸在振動情況下安全使用壽命是有必要的。本文通過對氣缸施加水平振動試驗來研究振動對氣缸使用壽命的影響，并與常規(guī)試驗情況下壽命試驗進(jìn)行比較分析，探討采用此類方法進(jìn)行氣缸加速壽命試驗的可行性。
1 國內(nèi)外氣缸壽命的研究
隨著氣缸使用范圍的擴(kuò)大和要求的提高，氣缸的可靠性愈來愈受到企業(yè)和顧客的重視，為適應(yīng)此種發(fā)展，我國一些企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)和高校都在開展各種氣缸可靠性專題研究。影響氣缸壽命的主要因素有溫度、壓力和動作頻率[2]。國內(nèi)很多研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)對氣缸使用壽命的研究主要集中在通過改變氣缸工作環(huán)境加速氣缸及其零部件的使用壽命，例如在在高低溫環(huán)境下、增加負(fù)載或加快動作頻率等。例如北京航空航天大學(xué)對包括氣缸在內(nèi)的氣動元件使用壽命進(jìn)行了長期的試驗研究，提出了一些氣動元件壽命預(yù)測模型。上海交通大學(xué)對氣缸帶負(fù)載運行一段時間后壁面溫度冷熱變化提出了氣缸壁面溫度預(yù)測，通過減少氣缸運動中產(chǎn)生的能量損耗提出延長氣缸使用壽命的方法等[3]。但是到目前為止相關(guān)的氣缸壽命試驗的周期都相對較長多為1-2年。這些試驗中對交通設(shè)備上使用的氣缸的壽命試驗研究較少，例如沒有開展振動對交通設(shè)備上氣缸使用壽命影響的研究
2 施加水平振動對氣缸壽命影響的試驗
2.1 試驗?zāi)康?br /> 本項試驗的目的有兩點：一是希望通過對氣缸施加水平方向的振動，提高氣缸缸筒和活塞之間的運動方向變換頻率，起到加快氣缸使用速率的作用，從而實現(xiàn)縮短氣缸壽命試驗時間的目的。二是氣缸在汽車、高鐵等交通設(shè)備上的使用越來越多，氣缸在振動情況下能否正常使用會影響到這些設(shè)備的使用安全，因此對氣缸在振動情況下進(jìn)行長時間的壽命試驗是有必要的。本項試驗即是通過對氣缸施加水平方向的振動來研究振動對氣缸壽命的影響。
2.2 試驗設(shè)備選取
本項試驗選取的氣缸型號為SU50×75，試驗的樣品數(shù)量為七件，受振動臺面積所限，七件樣品分二組進(jìn)行試驗。選取的振動臺型號為DCS-1000-15-05。用電磁閥動態(tài)性能測試裝置控制電磁閥換向頻率
2.3 試驗標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)選取
本項試驗選取的標(biāo)準(zhǔn)有ISO 19973-3:2007、GB/T 21563-2008 中Ι類B級車體安裝。標(biāo)準(zhǔn)ISO 19973-3:2007作為本項試驗氣缸失效與否的判斷依據(jù)，主要檢測項目有功能檢測、zui小工作壓力、泄漏流量、行程時間[4]。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ISO 19973-3：2007，選取zui小工作壓力應(yīng)≤130kPa，泄漏流量：在工作壓力0.63MPa壓力下泄漏量≤18dm3/h(ANR)a，行程時間1/2tTST根據(jù)公式1計算，試驗氣缸為帶緩沖氣缸。
1/2tTST=S/Vm?1.4 （1）
式中 S——氣缸的行程長度；
Vm——氣缸的平均行程速度。
標(biāo)準(zhǔn)ISO 19973-3:2007推薦所有氣缸的平均行程速度Vm為500±50%mm/s。氣缸動作頻率為2Hz，平均行程速度為300 mm/s，氣缸的行程長度為75mm。
有公式1 本項試驗行程時間1/2tTST=0.35s
標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21563-2008作為本項試驗選取的相關(guān)振動參數(shù)依據(jù)。根據(jù)GB/T 21563-2008.9[5]提高隨機(jī)振動量級的模擬長壽命試驗選取振動試驗的相關(guān)參數(shù)：橫向r.m.s/(m/s2)值為3.5；ASD量級/ [(m/s2)2/Hz]為0.366，頻率為5～150 Hz。
2.4 試驗運行
本項試驗設(shè)計為氣缸活塞桿上施加4kg的徑向負(fù)載。氣缸通入0.63MPa氣壓，以2Hz的頻率控制電磁閥換向從而實現(xiàn)試驗氣缸的往復(fù)運動，在這過程中施加水平方向的振動。改變氣缸活塞和缸筒相對運動時間，加快密封圈的磨損速度，從而實現(xiàn)縮短氣缸壽命試驗時間的目的。在運動一定次數(shù)后對氣缸進(jìn)行檢測。將失效氣缸退出試驗并對其進(jìn)行拆解，研究氣缸零部件的磨損情況。
