气缸壁面温度预测研究

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1、上海交通大学硕士学位论文气缸壁面温度预测研究硕士研究生：朱迪学号：1120209325导师：叶骞副研究员申请学位：工学硕士学科：机械工程所在单位：机械与动力工程学院答辩日期：2015年1月授予学位单位：上海交通大学DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSTUDYONCYLINDERWALLTEMPERATUREPREDICTIONCandidate：DiZhuStudentID:1120209325Supervisor

2、：QianYeAssociateResearcherAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineerAffiliation：SchoolofMechanicalandDynamicEngineeringDateofDefence：Jan,2015Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity上海交通大学硕士学位论文摘要气缸壁面温度预测研究摘要气动技术伴随着

3、工业自动化的发展，广泛应用于生产自动化过程中的各个领域。实际应用中经常发现，较大类型的气缸在带负载运行一段时间后，气缸壁面会出现发冷甚至会出现壁面结露的现象，较小类型的气缸则会出现壁面发热的现象。研究气缸壁面发冷或发热现象，阐述其发生机理，提出相应的解决措施对气缸寿命和系统性能的提升已经成为一个重要的研究课题。本文以大类型气缸为研究对象，首先提出等效热功率概念，对不同工况下的气缸壁面温度进行预测，结合实验验证预测结论，并针对不同工况提出解决或缓解气缸壁面发冷的方案。本文的主要研究工作总结如下：（1）利用Simulin

4、k模块搭建此次研究对象的仿真平台。建立包含热交换的气缸运动数学模型，验证此次数学模型的正确性。（2）搭建此次研究对象的实验平台，利用LabVIEW进行数据采集及其控制回路的搭建。结合实验对此次研究对象的仿真所需要的参数进行识别，利用时常数法计算并推导了气缸内部气体与气缸内壁面的平均换热系数的方法，结合实验求得内部平均换热系数。（3）提出等效热功率的概念来研究气缸壁面温度的变化情况，等效热功率模型是根据气缸一个运动周期内的仿真结果，预测气缸运行达到热稳态时的壁面温度变化。等效热功率主要包括气缸充放气热功率和气缸活塞密封

5、圈与气缸内壁的摩擦力热功率。充放气热功率根据一个周期内，气体温度的仿真结果进行计算，而摩擦力热功率需要结合实验对摩擦力进行测量以及热分配系数进行计算。i上海交通大学硕士学位论文摘要（4）计算不同条件下的等效热功率并对气缸壁面温度进行预测，结合实验得到不同工况下的气缸壁面温度结果，对比预测结果和实验结果证明等效热功率模型在一定程度上可以对气缸壁面温度进行预测。研究气缸运行参数对气缸壁面温度的影响。（5）针对不同工况，提出解决气缸壁面温度发冷的解决方案。在单向负载工况下，提出减小回程气源的方案，可以有效地对气缸壁面发冷现

6、象进行控制，同时减小气体消耗量，降低能量损失。在双向负载工况下，提出增大气缸外壁面换热面积的措施来缓解气缸壁面发冷程度，仿真结合实验证实解决方案的正确性。关键词：气缸壁面温度研究，运动参数识别，等效热功率模型，运行参数影响ii上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTSTUDYONCYLINDERWALLTEMPERATUREPREDICTIONABSTRACTPneumatictechnologywidelyusedinvariousfieldsalongwiththedevelopmentofindustriala

7、utomation.Practicalapplicationsoftenfoundthatthelargertypeofcylinderwithbigloadafteraperiodofoperation,thecylinderwallwillappearschillsorevenbecondensationonthesurface,thesmallertypeofcylinderwallmayoccursfeverphenomenonafteraperiodofoperation.Researchoncylinde

8、rwallchillsandfeverphenomenon,explainthereasonofitsoccurrence,proposeappropriatesolutionstosolvechillingandfeverphenomenontoenhancethelifeofthecylinderandimprovesystemperfor