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1、44煤矿机电2009年第6期气动弹射装置的动态分析和优化崔予柯(煤炭科学研究总院上海分院,上海200030)摘要:推导气动弹射装置在气体做功段和压缩段的动态方程,并进行设计优化。关键词:气弹装置;动态分析中图分类号:TH47文献标识码:B文章编号:1001-0874(2009)06-0044-03DynamicAnalysisandOptmiizationofPneumaticLaunchingDeviceCUIYuke(ShanghaiBranchofChinaCoa
2、lResearchInstitute,Shanghai200030,China)Abstract:Inquiresthedynamicformulasofpneumaticlaunchingdeviceinshootandcompresssections,andoptimizesthedevice.Keywords:pneumaticlaunchingdevice;dynamicanalysis气动弹射装置由弹射气缸、活塞、蓄能气罐、牵引索拉动快速向上弹射,直到活塞通过排气口止。引缆索辅件和负载组成
3、。通过瞬间释放储气罐中的由过程方程:nn压缩空气推动活塞运动,实现高速弹射。本文推导PV=P0V0=恒量气动弹射设备的动态方程,并探讨如何确定其参数。得:nnV0V01动态分析P=P0=P0(1)VV0+Sh3(1)气体做功段式中:V0储气罐容积,m;2图1为气动弹射装置简图。弹射时打开气阀,P0储气罐气压,N/m;2储气罐中的压缩空气推动活塞向下运动,负载受牵P活塞腔气压,N/m;2S活塞有效面积,m;2h活塞行程,m;n介于1与绝热指数=1.3之间的一个常数。由受力方程:m1a=(P
4、-PA)S-m1gsin-FZ-Ff(2)式中:m1负载质量,kg;2a负载(活塞度)加速度,m/s;2g重力加速度,m/s;2PA排气口背压,N/m;1图1气动弹射装置FZ驱动绳轮旋转所需的力,FZ=2m2a,N;1-弹射气缸;2-活塞;3-储气罐;4-牵引缆索;Ff运动部件摩擦阻力;5-排气口;6-负载;7-改向轮发射倾角;2009年第6期煤矿机电45nm2系统总质量。P0SV01a=n-PAS-m1gsin-Ff(3)整理得瞬时加速度:(V0+Sh)mn-12P0V0
5、V0瞬时速度:v=1--PASh-m1gsinh-Ffh(4)m(n-1)V0+Shm2(n-1)ve+PASh+m1gsinh+Ffh2发射压力:P0=n-1(5)V0V01-V0+Sh式中:ve活塞通过排气口瞬时速度,m/s;Eh=m1gsinhn-1m系统运动部件当量质量,kg。SH2PAH2Ep=-1-SPAh分析可知:发射压力P0与系统运动部件当量总n-1H2-h质量m、负载质量m1、过排气口瞬时速度ve和排气Ef=Ffh口的背压PA成正比,与发射罐体积V0成反比。对整理得:2n
6、-1某一特定系统来说,排气口背压PA和发射罐体积vSH2PAH2m-m1gsinh--1+V0为恒定值,而活塞通过排气口的瞬时速度ve由设2n-1H2-h计参数决定。SPAh-Ffh=0(7)活塞运动的最大瞬时速度一般出现在活塞到达式中:h活塞行程(活塞行程h的参考坐标设在排排气口之前,适当调整参数,可以使活塞以最大速度气口处),m;通过排气口。设计时应根据能量利用效率和使用要H2气缸压缩段长度,m。求对系统进行优化,过分追求最大速度点位与排气活塞的瞬时加速度:口重合可能造成不必要的能量浪费。(P
7、A-P)S-m1gsin-Ffa=(2)气体压缩段m活塞通过排气口后,气缸H1段气压与外界相m2式中:m=m1+等,由于负载和系统运动部件的惯性运动,活塞开始2nn压缩H2段内气体。负载和系统运动件的动能Ev分!P=V2PA=H2PAV2-ShH2-h别转化为负载的位能Eh、气体的内能EP以及运动nH21部件的摩擦功耗Ef。即:∀a=SPA-SPA-m1sin-FfH2-hmEv=Eh+Ep+Ef(6)2(8)v式中:Ev=m2活塞的瞬时速度:n-12SPAH2H22v=SPA--1-m1gsin
8、h-Ffh+ve(9)m(n-1)H2-hEf系统总摩擦阻力,Ef=1960N;2举例H气缸总长,H=43m;大型游乐设备#探空飞梭∃基本参数:H1气缸发射段长度,H1=33m;3V0储气罐容积,V0=4.3m;H2气缸压缩段长度,H2=10m。P0发射压力,P0=735000Pa;由式(3)求得做功段内的瞬时加速度:n多方指数,n=1.3;2h=0时,a=20.66m/s=2.108gPA
