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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）
氣壓傳動和控制是生產自動化和機械化zui手段之一。氣缸作為將壓縮空氣的壓力轉換為機械能的氣動執行元件，具有結構相對簡單輕便，使用介質為空氣較為環保。相較于液壓、電機等其他傳動方式，氣缸的輸出力及運動速度調節相對簡單，具有耐高溫、防爆、防潮，能遠距離輸送氣體運動等特點[1]，因此其廣泛應用于工程領域。當前，氣缸在汽車、高鐵等軌道交通設備上的應用越來越多，這些交通設備在高速運動時產生的高速振動對氣缸使用會產生影響，因此研究振動對氣缸使用壽命的影響，進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，并與常規試驗情況下壽命試驗進行比較分析，探討采用此類方法進行氣缸加速壽命試驗的可行性。
1 國內外氣缸壽命的研究
隨著氣缸使用范圍的擴大和要求的提高，氣缸的可靠性愈來愈受到企業和顧客的重視，為適應此種發展，我國一些企業、研究機構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]。國內很多研究機構和大學對氣缸使用壽命的研究主要集中在通過改變氣缸工作環境加速氣缸及其零部件的使用壽命，例如在在高低溫環境下、增加負載或加快動作頻率等。例如北京航空航天大學對包括氣缸在內的氣動元件使用壽命進行了長期的試驗研究，提出了一些氣動元件壽命預測模型。上海交通大學對氣缸帶負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測，通過減少氣缸運動中產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 試驗目的
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備的使用安全，因此對氣缸在振動情況下進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 試驗設備選取
本項試驗選取的氣缸型號為SU50×75，試驗的樣品數量為七件，受振動臺面積所限，七件樣品分二組進行試驗。選取的振動臺型號為DCS-1000-15-05。用電磁閥動態性能測試裝置控制電磁閥換向頻率
2.3 試驗標準和參數選取
本項試驗選取的標準有ISO 19973-3:2007、GB/T 21563-2008 中Ι類B級車體安裝。標準ISO 19973-3:2007作為本項試驗氣缸失效與否的判斷依據，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]。根據標準ISO 19973-3：2007，選取zui小工作壓力應≤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。
標準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
標準GB/T 21563-2008作為本項試驗選取的相關振動參數依據。根據GB/T 21563-2008.9[5]提高隨機振動量級的模擬長壽命試驗選取振動試驗的相關參數：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
本項試驗設計為氣缸活塞桿上施加4kg的徑向負載。氣缸通入0.63MPa氣壓，以2Hz的頻率控制電磁閥換向從而實現試驗氣缸的往復運動，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，從而實現縮短氣缸壽命試驗時間的目的。在運動一定次數后對氣缸進行檢測。將失效氣缸退出試驗并對其進行拆解，研究氣缸零部件的磨損情況。
