气动生产线范文（精选7篇）

气动生产线 第1篇

设计符合需求的气动机械手, 需要对机械手的组成和种类进行分析, 了解他们的具体结构, 这样才能设计出结构合理、功用适合的气动机械手。

1.1 机械手的组成

由于机械手属于一种简易的工业机器人, 其操作与使用具有一定的特殊性。根据机械手的特点与功用, 一般的机械手由三部分组成。 (1) 手部。机械手的手部是其直接进行工作的部位, 对材质、质量、形状等都有一定的具体要求, 尤其是在具体的作业要求的影响下, 被抓取工件的大小、形状等对机械手手部影响较大, 在日常的工业生产作业中, 常见的有托持型、夹持型等。 (2) 运动控制部。机械手是一种动态的生产加工工具。运动控制部是控制机械手手部工作的直接部位, 它可以根据需求控制机械手手部进行各种抓取、旋转、摆动、伸缩、升降、移动等动作, 协调机械手手部进行作业。机械手的运动方式具有一定的自由度, 自由度是影响机械手灵活性的重要参考因素, 自由度越高, 设计越复杂, 灵活度与适用性也就越符合操作需求。 (3) 控制系统。控制系统是通过电机的控制来实现的, 可以指定机械手完成特定的操作需求。

1.2 机械手的种类

机械手有两种不同的分类方式。下面来做简要的介绍:

1.2.1 按用途进行分类

专用机械手。专用机械手一般用于对机械手工作时的要求单一、操作简单固定的作业, 适合生产量大的自动化生产。其在工作中无法自主的通过电机控制操作系统。

通用机械手。通用机械手的操作灵活, 可适应多种作业。其控制系统灵活, 可根据不同的作业需求进行调整。在使用的过程中, 适合小批量的自动化的生产。通用机械手比专用机械手的造价高, 但是其精确度更高、通用性更强。

1.2.2 按驱动方式分类

液压传动机械手。主要工作原理是通过液压压力进行机械手的运动控制部的操作, 对液压技术的要求比较高。在使用的过程中, 手部抓取物品可达一百公斤以上, 且操作的灵活性高。

气压传动机械手。是利用压力进行机械手的机构执行操作。这种机械手具有结构简单、成本低的特点。

机械传动机械手。是利用机械结构进行操作驱动执行的机械手, 其工作方式是通过动力机械来执行的, 结构较复杂。

电力传动机械手。是通过电机进行驱动控制的机械手, 结构简单, 操作方便。

2 机械手的设计

气动机械手是工业生产中最常用的机械手, 具有使用方便、精度高、反映迅速、自由度高等特点, 气动机械手在进行作业时能够更好的适应作业需求, 根据加工材料的特性和结构形状进行控制。在进行气动机械手设计时需要根据加工材料的具体需求进行设计, 明确加工材料的性质和基本结构, 准确定位加工材料对机械手的精度、自由度等进行具体设计, 使其符合作业需求和生产工艺。本次设计的机械手是通用的气动上下料机械手, 这种机械手在日常的工业生产中适合中小机械加工企业进行小批量的加工生产, 在运行过程中, 在操作程序上能够自动抓取、搬运物品, 使劳动强度过大和频繁的作业能够简化, 在恶劣的操作环境中同样适用。

2.1 机械手的坐标型式与自由度

机械手手臂的坐标型式能够直接影响机械手手臂的操作, 本款气动机械手的坐标型式采用了圆柱坐标型式, 能够满足机械手在工作时对升降、收缩、抓取等动作的需求。同时, 由于气动机械手对自由度的特殊需求, 在进行本款气动机械手的设计时, 增加了一个手臂上下摆动的装置, 从而提升了手臂上下摆动的自由度, 使机械手的适用性与通用性更强, 更能弥补手臂升降、伸缩过程中行程小、手臂摆动不到位的缺陷。

2.2 手部结构设计

为了使本款机械手在生产中的通用性更强, 在进行设计时, 将本款机械手的手部结构设计成可更换式的, 有利于在生产中根据实际需要进行结构更换。设计成夹持式和气压吸盘式这两种结构可进行互换。其中夹持式手部结构主要由手爪和传力机构组成, 能够有效的进行物品的抓取, 尤其对棒料物品, 具有更好的作用。

2.3 手腕结构的设计

在进行本款气动机械手的手腕结构的设计时, 要考虑其回转设计, 根据作业需求, 设计了一款适合的回转气缸用来调整或改变水平工件的方位, 使本款气动机械手能够适应复杂的动作要求。在进行本款气动机械手的设计时, 还充分的考虑到了机械手的自由度需求, 设置了合理的手腕结构的自由度, 使之能够符合工业生产的加工件的加工工艺的需求和加工件的精度需求。

同时, 在进行设计时为了使之能够符合生产加工的通用性的需求, 回转气缸在设计时充分考虑到其结构的紧凑性, 尤其是进行了严格的密封设计, 满足机械手手腕回转运动的需求, 且使回转角度小于360度, 达到工业生产对气动机械手的需求。

2.4 手臂结构设计

气动机械手的手臂运动主要是通过气压驱动来进行的, 在工业生产的加工工作中, 主要通过手臂的伸缩运动来进行具体操作, 在日常的工业生产工作中, 经常出现手臂绕轴线转动的现象, 为了避免这种现象的出现, 在进行本款气动机械手设计时, 设计了相应的导向装置, 增加手臂的实用性, 采用了单导向杆, 这种导向杆符合本设计的具体要求和生产需求, 能够减少弯曲力矩对活塞杆的作用, 从而达到增加机械手手臂刚性的作用。

3 结束语

本款气动机械手的设计在按用途分类上属于通用机械手的一种, 与专业机械手相比, 灵活性更强, 更符合多变的工业生产需求, 尤其是在复杂多变的作业环境下, 仍能够进行良好的作业, 在生产成本上, 本款机械手造价低、制作成本低, 节省了工业的生产成本, 而且自由度高、精度高, 能够满足日益提高的工业生产对机械手的需求。

从相关的研究可以看出, 机械手在工业生产的历史上起到了不可替代的重要作用, 代替了人力从事一些人力无法进行的工作, 其适用性和耐力都是人类手臂无法企及的, 在现阶段的工业生产发展中, 机械手仍占据重要地位, 并且不同需求、不同结构的机械手不断涌现, 大大提高了工业生产的效率, 使工业生产的利润空间更大, 然而, 机械手仍旧存在一些问题, 相关的工作人员应该通过增加科技创新, 对机械手进行创新设计, 使之更能符合日益提高的生产需求, 为工业生产作出更大的贡献。

摘要：伴随着科学技术的不断发展和市场竞争的加剧, 我国的工业生产进入到了一个更加严峻的环境之中。尤其是在改革开放之后, 在市场机制的调节下, 对工业生产技术和生产能力的要求越来越高。在工业生产中, 机械手起到了重要的作用, 机械手有着人力所不能达到的功用, 其灵活性、耐久性、实用性更高。在工业生产中, 机械手能够长时间从事生产加工工作, 对提高工业的生产效率有重要的作用。由此可以看出, 其在工业生产中被广泛应用不无道理。工业机械手与其他机械手相比具有一定的特殊性, 文章简要介绍了机械手的组成和种类, 在此基础上, 主要进行了气动机械手的设计研究和分析, 希望能够为今后的气动机械手设计工作提供一些借鉴, 仅供参考。

关键词：机械手臂,极限位置,导向管

参考文献

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[3]徐钢涛, 等.机械设计基础[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[4]刘明保, 吕春红, 等.机械手的组成机构及技术指标的确定[J].河南高等专科学校学报, 2004, 1.

气动生产线 第2篇

1 气动隔膜泵的结构

在气动隔膜泵的机构以及运行的原理如下图1所示。在图中, A主要是气动隔膜的泵体、 (2) 则为气动隔膜泵的泵片、 (6) 则是气动隔膜泵的内止回阀、 (1) 则为气动隔膜泵的控制阀、 (5) 为气动隔膜泵的连杆、B和C主要是泵的进出口连接管。

在对气动隔膜泵的隔膜片进行装置的过程中, 必须要安装在连杆的两端, 同时还要将气动隔膜泵的物料室使用泵的进口管以及出口管相互谅解, 同时也被进口和出口上的四个止回的阀门进行隔离, 这样能够使隔膜泵在工作的过程中物料仅仅只是能够在腔室之内进行运行, 并且也不会跑入到气体腔当中。

左图主要是气动隔膜泵的装置结构以及运行的原理图

在左图当中:

字母A主要是代表泵体;字母表B则为隔膜泵进口过程中的连接管;字母C主要是表示隔膜泵口时连接管。

(1) 主要表示的是气动控制阀; (2) 主要表示的是隔膜片; (3) 主要表现的是气体腔室内排出的气体; (4) 主要表现的是气体腔室内排出的端口; (5) 主要表现的是隔膜连杆; (6) 主要表现的是止回阀; (7) 主要表现的是右物料腔室

在左图中P1诶气体腔室内的气体压力;P2为左物料腔室内的压力;P3为右物料腔室内的压力;P4表示的是大气压力

2 气动隔膜泵原理

针对气动隔膜而言, 其运行过程中的原理是指就是压缩空气通过了气动的控制阀门, 并且进入到了气体的腔室当中, 在左边的隔膜之内对其进行均匀的压力施加, 并且在这个过程中要将气体排出, 之后再从右面的隔膜后面通过气阀组件导向排除的端口, 同时在这个位置安装消音器, 在气体腔室内, 其压力F1能够对左边的物料腔室内的压力F2进行超过, 干膜连杆能够在一定程度上进行着来来回回的移动, 同时也将会进一步的形成了物料, 在气动隔膜泵的左面腔室当中进行着有关的排放, 与此同时在气动隔膜泵的右面腔室内吸入到其中, 并且在进行吸入的过程中要使气动隔膜泵能够有效的吸入, 然而所吸入的行程能够对右物料腔室压力P3进行有效的降低, 以此来对右腔室内的体积进行增加, 进而使所生产的大气压力P4压比较差, 同时也能够很好的推动着物料的运动, 同时物料的运动的过程中穿过了吸入的侧止回阀当中, 同时也流入到了右物料的腔室当中, 最终吸收进入行程当中, 同时也能够使气动泵进行着周而复始的运动, 并且在通过了机械的拉动之后, 将会被吸收到气动隔膜泵当中, 并且在气动隔膜泵当中的内板以及对准的驱动柱塞子之间发生着变化, 最终将会使其移动到导向的阀门芯位置处。等待导向的阀被激活之后, 将能够更好的向着气动的控制阀门另外的一端发出信号, 同时也能够使被压缩的空气方向出现改变, 通过周而复始的进行着循环, 最终使气动隔膜泵吸入以及压出的行程能够得以持续下去, 同时也能够满足其运行过程中有关质量的要求。

3 油漆生产中运用

由于在气动隔膜泵结构中, 其相对来说是比较简单, 然而对于一些口径相同的泵进行相互的比较之后, 进而发现气动隔膜泵的体积相对来说比较小、重量比较轻以及在布置安装过程中比较方便。在对出口进行关闭的情况下隔膜泵将会是处于安全停止的情况, 因此不需要对其安装旁路系统以及安全阀。在对物料进行输出的过策划给你种, 输出的物料以及气动如果不存在着接触, 那么将不会存在着轴封泄露的情况出现。同时轴承受到污染的概率将会比较低, 因此在低于最小流的情况下, 其所产生的轴承问题因为气压的作用之下, 将会对于整个的隔膜表面产生作用, 并且在泵的吸收过程中隔膜是处在平衡的状态之下, 并且和机械驱动的隔膜泵相互比较, 其特性主要是具有着十分显著的长寿面。因为气源的压力极限将会导致隔膜泵的最大压力出现安全方面的限制。然而对于上述的情况, 出现对其进行叠加的话, 进而更好的显示出了气动隔膜泵的使用安全性, 同时由于其运行的成本相对来说比较低, 因此人们都普遍的乐于接受。在此之外, 因为气动隔膜泵主要是通过脉冲的方式进行运行, 其出口管在关闭的时候气动隔膜泵是处在一个安全停止运行的状态之下, 因此可以对其进行随时的开启和闭合。然而在对其进行灌注的时候, 必须要定时以及定点的来对物料进行输出, 同时在这个过程中将会导致隔膜泵的物料输送出现减少, 这也就是根据了将机电作为动力, 如果将其他作为动力将会不可能实现。

4 结语

随着我国经济的不断发展已经科学技术水平的不断提供。气动隔膜泵不仅结构相对来说比较简单, 并且具有较广的使用范围, 运行成本低等特点, 在一定程度上受到相关行业的青睐, 在尤其生产的企业的过程中, 提供了安全而又满足相关工艺需求的有效办法。

摘要：本文首先对气动隔膜泵的结构进行了分析, 然后通过对结构的了解对其原理进行介绍, 最后对其在尤其生产企业过程中的应用进行探究。

关键词：气动隔膜泵,原理,应用

参考文献

[1]伍星.试述气动隔膜泵在油漆生产企业中的应用[J].广州化工.2013, 12 (24) :112-115.

[2]刘爱民.隔膜泵的结构原理以及在氧化铝赤泥排放中的应用研究[D].山东大学.2013, 12 (24) :105-108.

地铁列车气动效应分析 第3篇

关键词：地铁列车,隧道,气动效应,压力变化

引言

与传统的交通工具相比, 地铁作为一种轨道交通工具, 具有安全、准时、舒适, 而且载客量大、运营费用低、环境污染小、综合经济效益等优点, 已成为城市交通运输的主力军, 大大解决了城市交通堵塞和居民乘车困难等问题, 是现代化城市交通运输设备的重要组成部分[1]-[3]。随着城市地铁的迅速发展, 地铁环境控制问题也愈来愈引起人们的关注。地铁列车进出隧道、在隧道中运行以及交会时产生很多诸如活塞风、压缩波、膨胀波、噪音等现象, 影响乘客和工作人员的舒适性, 并会引发安全问题。原来由于地铁列车运行速度较低, 地铁列车在隧道中运行时的不舒适感不明显, 未引起足够重视, 随着地铁列车运行速度的提高, 加之地铁列车的气密性不好等原因, 瞬变压力通常会给乘客造成耳疼等不舒适感。本文将对地铁列车以不同速度通过不同截面形状隧道时的气动效应进行分析, 可为车体气密性和通风设备进排风口位置的设计提供指导意义。

1数值计算模型

实际流场中, 列车上存在扶手、车轮、转向架等, 在隧道底板上存在道床、枕木和轨道, 流场极其复杂。关注太多细节的复杂流场会大大增加计算工作量, 且导致网格畸变甚至计算发散等问题。因此, 在现有计算机硬件条件下, 为提高流场计算精度, 尽可能较细致地模拟地铁列车的外形, 但计算模型的网格数不能增加过多, 对车体底部和轨道细部结构进行适当简化, 计算模型采用三车编组。隧道截面选取三种典型形状截面:圆形、矩形和马蹄形。列车和隧道计算模型如图1所示。

对于边界条件的设置, 列车表面给定运动边界条件:X方向速度分量等于给定的列车运行速度V, Y、Z向速度分量等于0;流域两侧面、顶面、底面, 给定无滑移边界条件;进口边界条件, 相对压强pin=0;出口边界条件, 相对压强po ut=0;隧道壁面采用标准壁面函数模拟。

地铁列车表面压力测点布置如图2所示。

2数值模拟计算结果与分析

2.1隧道截面形状对气动效应的影响

图3为列车以80km/h过长度为600m, 截面形状为圆形的隧道时车体表面压力分布图 (t=12.5s) 。由图可知, 列车表面除车头位置处在正压区外, 其余位置均为负压。

列车头、尾部进、出隧道瞬间, 绕列车运动的气流受到隧道壁面的制约形成压缩波、膨胀波。这两种波在隧道内以音速传播, 当到达另一端洞口时, 压缩波突然膨胀转换成膨胀波, 而低于环境压力的膨胀波则转换为压缩波, 又再以音速回传, 如此不断反复传播过程中, 同种类型的波相遇叠加时, 压力波幅值增大, 而不同类型的波叠加时, 压力波幅值减小, 从而导致隧道内空气压力发生剧烈变化。图4为不同时刻的流场压力分布云图, 其中以列车头部距离隧道入口50m时作为计算起始的“零”时刻。t=1.7 5 s时, 由冲击振荡产生的压力波以球面波的形状向外传播;t=2.5s时, 列车头部进入隧道, 在隧道入口附近的压力开始上升, 随着列车头部继续接近并进入隧道, 压力继续升高形成压缩波;t=5.0 s时, 列车尾部进入隧道, 形成膨胀波, 压力开始下降。

图5为地铁列车以80km/h通过三种不同截面形状隧道时, 车体表面6#点的压力随时间变化历程, 结果表明列车以相同速度通过圆形截面隧道时车体表面压力变化幅值最小, 马蹄形隧道次之, 矩形截面隧道最大;除压力变化幅值有些差异外, 曲线变化规律完全一致, 其他测点压力变化结果类似, 这里不再详细分析。

从测点压力变化值和压力变化曲线可知, 地铁列车在隧道中运行时, 除列车头部处于微小正压区外, 大部分区域均为负压, 这对出风有利, 对进风不利;地铁列车以80km/h运行时, 除车头外, 车体表面其它位置测点压力变化范围在200Pa至-600Pa之间, 平均负压大概为-300Pa;在设计空调等通风设备进排风口时, 需要考虑车体表面压力分布情况。

2.2列车运行速度对气动效应的影响

这里取地铁列车中间车厢侧面6#测点进行分析比较。地铁列车以60km/h、80km/h和100km/h速度通过长600m的圆形截面隧道时的车体表面压力计算结果如表1所示, 测点压力变化历程如图6所示, 根据表1中数据画出的列车表面测点压力变化幅值与列车速度的关系曲线如图7所示。从计算结果可知, 随着地铁列车运行速度的提高, 列车车体表面压力变化迅速增大, 列车车体表面压力变化幅值近似与列车运行速度的平方成正比。

2.3隧道长度对气动效应的影响

列车以80 km/h的速度分别通过长度为350m、600m、1000m、1500m、2000m、3000m的圆形截面隧道时, 取列车中间车厢侧面6#测点的压力数据进行分析比较。测点压力变化情况如图8所示, 列车表面压力变化幅值与隧道长度的关系曲线如图9所示。

由图9可知, 列车过长度为350m的隧道时压力变化幅值最小, 为458pa;随着隧道长度的增加, 列车车体表面压力变化幅值迅速增加, 在2000m左右达到最大, 为812Pa;然后随着隧道长度的增加, 列车车体表面压力变化幅值慢慢减小。可见, 此次计算的隧道最不利长度约为2000m, 当然最不利隧道长度还与列车运行速度、列车头部外形、隧道截面形状和面积大小等因素有关, 要针对具体问题进行分析。

3结论

通过对地铁列车通过隧道的气动效应进行分析, 可以得到以下结论:

(1) 地铁列车在隧道中运行过程中, 除列车头部处于微小正压区外, 大部分区域均为负压, 这对出风有利, 对进风不利;地铁列车以80km/h运行时, 除列车头、尾个别测点外, 车体表面其它位置测点压力变化范围约在200Pa至-500Pa之间, 平均负压大概为-300Pa。

(2) 列车以相同速度通过圆形截面隧道时车体表面压力变化幅值最小, 马蹄形截面隧道次之, 矩形截面隧道最大。三种不同截面形状的隧道基本相同, 除测点压力变化幅值有些差异外, 曲线变化规律完全一致。

(3) 随着列车运行速度的提高, 车体表面压力变化幅值增大, 列车车体表面压力变化幅值近似与列车运行速度的平方成正比。

(4) 隧道长度在350m~2000m范围内, 随着隧道长度的增加, 列车车体表面压力变化幅值增大, 隧道长度大于2000m后, 随着隧道长度的增加, 列车车体表面压力变化幅值慢慢减小;可见, 此次计算的隧道最不利长度约为2000m, 最不利隧道长度会因列车运行速度、列车头部外形、隧道截面形状和面积大小等因素不同而有所变化, 要针对具体问题进行分析。

参考文献

[1]王元.香港地铁发展模式对北京的启示[D].北京:北京交通大学.2006

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简易养生采气动功(上) 第4篇

本功特点是:动作和意念相结合,意与气合,以意领气,通过姿势的开合和意念导引的配合,引动内气外放,外气内收,从而使人与大自然混元气信息畅通,使人体感触机能敏锐,是行之有效的采气、聚气、快速得气之上乘功法。习练时,在做每个动作变换中,停顿1—3个呼吸时间。全套功法练完约10—15分钟,可做1—3遍。练功中虽然讲究意念,但意念不要过重。所谓的意念,是自然的意念,而不是过分意念。自然练功,功到自成。本功法不仅能发放外气治病,同时也能信息组场治病,信息组场带功及远距离治病。

第一式预备式

双脚并拢,或两脚分开,间距与肩同宽,面南站立,双手自然垂于体侧,目视前方天地交界处,再把目光慢慢收回微闭。或似闭非闭。 (图1)(图2)

第二式手接地气

指掌慢慢上翘,使掌心朝下,与臂成直角。意想手心与地气相接,双手向下按3次。( 图3)

要点:以腕轻轻用力下按,感觉与大地融为一体。

第三式大海行船

接上式,以肩为轴,双手平行做前后摆动拉气3次。(图4)

要点 : 向前摆动 时 , 手臂与身 体夹角约15度,向后摆动至体侧。

第四式气入大地

接上式,转动手心相对,虎口朝下,臂放松,双手在体前合拢。 (图5)

要点:双手心有吸引感,气沿十指尖入向大地。合谷穴处于半闭状态。

第五式回照命门

接上式,转掌心朝下,意想两臂延伸到无限远。在无限远处,两臂向两侧至背后,小臂微收,掌心向内微含,回照命门。(图6)

要点:意念劳宫之气,源源不断地进入命门。像太 阳一样照 耀着命门 。肩臂腕 全部放松。

第六式气贯带脉

接上式,小臂上提,顺势内收掌腕至两肋旁,掌心朝上,用手指端向大包穴贯气。(图7)

要点:贯气时以中指和无名指为主,意念中白光进入带脉,激发带脉中的混元之气。

第七式回照印堂

接上式 , 两臂向前 伸出与肩 平 , 掌臂微收,掌心内合,回照两眉间的印堂穴。(图8)

要点:手中的劳宫穴之气贯入印堂,使上丹田真气充盈,内光回照。两掌微微弯曲略向内含。

第八式抱球采气

接上式,转肘外撑慢慢下落,形成腹部抱球,约10秒钟。(图9)

要点 : 抱球时两 腿稍屈膝 , 再松腰、 落胯、含胸、拔背、虚腋、松腕、手心相对、十指微弯略向内。

第九式立掌推山

接上式,带动两臂向两侧平展成一字形,稍微停顿,两掌变成立掌向外推动3次。扳动手指。先扳 拇指再扳 食指、中 指、无名 指、小指。(图10)(图11)

要点:将身边的空气推到无限的远方。扳指时不要用力,目的是内气外放,外气内收。

第十式推山填海

接上式,两臂向胸前慢慢合拢至两臂向前伸直,高与肩平,成立掌,向前推动3次。( 图12)

要点:把掌中的空气推到无限的远方。

第十一式手摘月亮

接上式,将手伸向头顶无限的空中,向下拉气3次。(图13)

要点:意念中把空中的混元之气,拉到手中。

第十二式掌托玉盘

接上式,立掌外撑、两臂向两侧展开,至左右肩平,转掌心朝上。(图14)

要点:意念中将双手延伸至两边无限处,再将无限处的能量纳入掌中的劳宫穴。

第十三式捧气灌顶

接上式,两臂沿天边向上划弧至头顶上方两掌相合,向下拉气3次,然后掌心微含,照向头顶 , 停留1至3个呼吸的 时间。 ( 图15A,15B)

要点:通过拉气3次和掌照头顶,将天空中的能量及混元之气纳入百会。

第十四式春回大地

接上式,双手沿正前方,下降至肚脐,沿足厥阴肝经至太冲穴气入大地。(图16)

要点:弯腰时动作要缓慢,意念中手中之气和足心之气沿太冲穴进入大地,身体弯曲时不要僵硬。

第十五式就地拜佛

接上式,食指、中指按压太冲穴下蹲3次。(图17)

要点:下蹲时要到位,膝略前倾,身体重心移至双手。然后,手不动,双腿直立,呈弯腰姿势,目视中指尖。(下蹲时呼气,双腿直立时吸气)

第十六式捧气汇丹田

接上式,双手心相对,如捧气球,意想把地气从地里捧在手中,然后引地气沿足三阴经,上至肚脐。中指点按肚脐1次,然后两手还原至体侧。(图18)

要点:将手中的气灌入丹田后,再将口中的玉液咽下,引向丹田。

第十七式抱球采气

(同第八式)

第十八式立掌推山

(同第九式)

第十九式推山填海

(同第十式)

第二十式手摘月亮

(同第十一式)

第二十一式掌托玉盘

(同十二式)

第二十二式捧气灌顶

飞翼布局气动设计要点研究 第5篇

随着电子技术和计算机控制技术的发展, 线控增稳技术和放宽静稳定性技术逐渐成熟, 曾经一度停止发展的飞翼式气动布局重新进入了人们的视野。由于其有优良的升阻力特性, 技术的发展又使其克服了本身控制方面的不足, 飞翼布局已经成为各国重点研究的气动布局之一, 甚至有人提出无尾飞翼布局是无人战斗机的最佳气动布局形式[1]。本文对飞翼布局的气动特性进行了分析, 提出了飞翼布局飞机气动设计要点, 并对一架巡航速度为0.7马赫、巡航高度为20 000 m的无人机的气动外形及气动特性进行了设计和计算, 结果表明该设计思路具有一定的可行性。

1 飞翼布局优缺点分析

作为一种先进的气动布局, 与传统布局相比, 飞翼布局具有以下得天独厚的优势[2,3,4,5]:

a) 飞翼布局是气动布局一体化设计的最佳布局;

b) 空气动力效率高, 气动载荷的分布可达到最佳;

c) 结构重量轻, 刚性好;

d) 有效装载空间大;

e) 具有优良的RCS特性, 军事应用潜力大。

虽然飞翼布局与传统布局相比具有以上优势, 但是这种布局也存在着很多的不足, 主要有以下几个方面[2,3,4,5]:

a) 由于采用无尾布局, 故其稳定性不足, 操纵面不好布置;

b) 大型的飞翼布局飞机难以提高巡航马赫数;

c) 客机型飞翼机的应急逃生系统设计较传统布局困难。

2 飞翼布局气动设计要点

根据对飞翼布局气动特性的分析, 总结出飞翼布局飞机气动外形的设计要点如下:

a) 巡航升力系数不能大

由于无尾飞翼布局没有平尾和垂尾, 因此舵面效能较传统布局要低, 若使用大的巡航升力系数, 必然带来大的低头力矩, 导致配平困难及配平阻力的增加。

b) 纵向静安定度不能大

若采用大的纵向静安定度, 由于飞翼布局较低的舵面效能, 非配平状态下舵面需要偏转较大的角度, 会带来阻力的增加, 导致升阻比的降低。

c) 需采用小翼载

飞翼布局的翼型和机翼设计要求其自身的零升力矩为零, 而此种翼型的分离所对应的升力系数较小。同时考虑到起飞和着陆, 构型不能采用常规飞机的增升装置 (主要是因为舵效低, 无法解决力矩配平问题) , 这决定了其起飞着陆时只能选择小的升力系数, 即采用小于常规布局飞机的翼载。

飞机设计的核心就是“增升减阻”, 由于飞翼布局较低的舵面效能决定了它只能选择较小的升力系数, 为了实现较高的气动效率, 必须从减小阻力方面入手。飞翼布局的阻力主要有以下几个部分组成:

a) 摩擦阻力。可通过采用层流翼型, 增加层流段的长度来减小该项阻力, 但由于层流段易分离, 故其长度不能过长, 因此影响到了摩擦阻力的减小, 但由于飞翼布局采用了一体化设计原则, 其浸润面积大大减小, 因此大幅度地降低了该项阻力。

b) 压差阻力。该项阻力主要是由于气流分离造成的, 可通过对流场进行细致的设计来控制该项阻力的增长, 但是由于产生大部分压差阻力的机身在设计时需考虑到装载的需要, 因此该项阻力的减少是有限的。

c) 诱导阻力。减小诱导阻力的传统方法是增大展弦比及对环量进行控制, 但飞翼布局的展弦比一般小于传统布局, 而且一味增大展弦比会带来气动弹性及结构等方面的问题, 同时, 飞翼布局内外翼弦长差别较大, 这也使得对环量沿翼展成椭圆形最佳分布异常困难, 导致该项阻力难以减小;

d) 干扰阻力。干扰阻力主要是由于部件之间的互相影响产生的, 由于飞翼布局采用了无尾式设计, 并采用了翼身融合结构, 故该项阻力可以大大降低。

由此可见, 虽然飞翼布局具有较高的气动性能优势, 但是其较低的舵面效能也对它的气动设计带来了诸多限制, 其高效的气动效能需要对其外形进行细致的设计才能得到。

3 算 例

根据对于飞翼布局气动特性的分析, 对一架起飞重量在19 t左右无人机的气动外形进行了设计, 设计思路为:在对称面附近布置具有抬头力矩特性的翼型以对全机的纵向力矩特性进行控制, 在外翼段布置升阻特性良好的翼型, 并进行适当的几何扭转, 以提高全机气动性能。其气动外形如图1所示。

在计算时采用了欧拉方程加附面层修正的数值计算方法。采用有限体积法离散积分形式的控制方程, 空间离散网格采用直角坐标网格 (矩形或剪切、旋转矩形) , 空间导数采用二阶精度逼近, 并引入耗散项增加稳定性。为加快收敛, 在计算过程中还采用了多重网格技术, 实现了“由粗网格到细网格的插值”和“由细网格到粗网格的插值”, 提高了计算效率。

图2～图5为0.7马赫、20 000 m高度巡航状态下的气动性能计算结果, 图6为1°迎角时上表面压力云图。

由图6可以看出, 由于对机翼展向各剖面的翼型进行了合适的布置, 并进行了适当的几何扭转, 使得外翼段的等压线比较平直, 气流沿展向的流动得到了控制, 有效的抑制了分离, 减小了阻力, 在0°迎角时阻力系数仅为0.179 6, 同时, 升力系数曲线的线性段比较长, 失速特性较好, 这些设计带来的结果就是其升阻比在2°迎角下达到了最大值, 约为33, 这一数值较传统布局飞机来说有着巨大的提高。但是我们也可以看到, 由于没有平尾, 设计外形的俯仰力矩系数还是很大的, 在2°迎角时达到了-0.036, 没有得到较好的控制, 而且纵向稳定区间较小, 仅为-2°～6°, 对飞机的纵向控制是不利的, 当然这也是由其独特的气动布局所决定的。

由计算结果可以看出, 设计外形具有非常好的升阻特性, 升阻比更是高达33, 气动性能上的提升非常明显, 虽然纵向力矩特性不是非常理想, 但通过合理的舵面配置及飞控系统的控制可对这方面的不足进行一定的补偿。总体来说, 设计结果是令人满意的。

4 结 论

作为一种先进的非常规布局, 飞翼布局与常规布局相比具有先天的气动性能优势。本文对飞翼布局的气动特性进行了分析, 在此基础上提出了飞翼布局的气动设计要点, 并对一架无人机的气动外形进行了设计, 结果表明这些设计要点的提出对于未来在该领域内的研究工作具有一定的现实意义。

摘要：飞翼布局 (FLYING-WING) 作为一种非常规气动布局, 有着传统气动布局无可比拟的优势, 因此成为未来飞行器理想气动布局之一。对飞翼布局的气动特性进行了分析, 提出了飞翼布局飞机的气动设计要点, 并利用算例对这些设计要点进行了验证, 结果表明该设计思路具有一定的可行性。

关键词：飞翼,气动设计,欧拉方程

参考文献

[1]吴立新, 左重, 刘平生, 等.无尾飞翼式布局是UCAV总体设计的最佳布局, 洪都科技, 2003

[2]方宝瑞.飞机气动布局设计.北京:航空工业出版社, 1997

[3]Liebeck R.Design of the blended-wing-body subsonic transport.AIAA:2002—0002

[4]Mialon B, Fol T, Bonnaud C.Airodynamic optimization of subsonic flying wing configurations.AIAA:2002—2931

[5]Dmitriev V G, Shkadov L M, Denisov V E, et al.The flying-wing concept:chances and risks.AIAA:2003—2887

浅析单向叶片式气动马达 第6篇

气动马达是以高压空气作为动力源, 将其位能或动能转变为马达转子的机械能的旋转动力机械装置。在早年代气动马达仅用于具存在高压空气源并且有瓦斯积聚的场所, 从安全角度出发代替传统的电动机使用。近来由于气动马达性能优越并且使用上的方便, 已作为很多普通产业机械的原动机, 得到了广泛的使用。气动马达根据其性能可分为容积式及透平式两大类, 容积式是常用的种类。单向叶片式气动马达属于容积式, 通常将其应用于输出功率不大的高速场合。

2 单向气动式马达工作原理

单向气动式马达装置由动静两部分组成, 如图1所示, 转动部分包括转子和叶片, 静止部分包括气缸、进气口和排气口, O为单向气动式马达转动部分中心, O’为单向气动式静止部分中心, 高压空气由进气口进入单向叶片式气动风马达两相邻叶片之间的空腔, 随着该马达转子逆时针旋转, 高压空气进行膨胀, 向低压空气转变, 膨胀到一定程度后, 工质从排气口排出。工质在单向叶片式风马达中由进气、膨胀、排气过程完成工作循环, 在这一循环过程中, 工质对单向叶片式气动马达的叶片作功, 驱动马达转子旋转, 从而把空气的能量转变为转子的机械能。

1进气口, 2排气口, 3气缸4转子, 5叶片

3 单向叶片式气动马达热力原理分析

讨论理论热力原理之前, 作如下假设:1) 工质的初终参数保持不变;2) 不考虑该容积式机械的余隙容积;3) 认为图2的b-c过程为绝热过程;4) 不考虑过程进行中的摩擦和泄漏等因素。

如图2所示, a点处于进气状态点, 初始压力为p1的工质开始流入量相邻两叶片间的位置。当转子旋转到b点时进气口关闭, 工质被阻隔封闭。而后, 由于转子与气缸偏心间偏心移动, 被阻隔的容积增大, 工质进行膨胀, 压力慢慢下降, 当转子旋转到d点时工质的压力与外部大气压力相等。即此时, 排气口打开, 工质进入排气行程。阻隔空间的废空气排出, 到达终态e点, 进气口连续进气, 理论循环完成。

但是在实际的循环过程中阻隔空间里的工质并不能膨胀到大气压力 (理论状态下, 图2中c点和d点是重合的) , 因此工质所具有的初始能量不能被转子完全利用。工质膨胀过程中, c点时排气口即已经打开了, 提前进入了排气行程。

图2中的abcde面积代表一个阻隔空间实际的工作循环过程中工质对叶片所做的理论功LT。图2中横坐标工质容积变化, 纵轴表示工质压力变化, p2’表示排气绝对压力;角标1表示初始状态点, 角标2表示终了状态点。

4 影响单向叶片式气动马达工作性能因素分析

4.1 结构尺寸

单向叶片式气动马达理论绝热功率可用下式计算:

单向叶片式气动马达耗气量可用下式求得:

由上面两个式子可知, 气缸的的尺寸对理论绝热功率和耗气量有影响, 具体包括转子半径、转子偏心度、叶片数目、工作转速、叶片轴向长度、进排气口位置等。

4.2 余隙容积

余隙容积使容积式机械的容积效率降低。因此, 在理论上若需同样数量的工质做功, 必须使用将气缸制造得很大。

4.3 内部泄露

由于动静部分之间存在间隙, 单向叶片式气动马达存在工质泄漏问题, 所以实际工质消耗量比理论消耗量要大。

内部泄漏主要有两方面, 一是叶片与盖板间的泄漏, 二是转子与盖板间的泄漏。转子的叶片与马达的气缸滑动面侧壁之间的泄漏仅存在于在叶片转到排气口或者进气口孔道时。由于工质为气体状态, 其本身是没有润滑作用, 因此间隙尺寸只能尽量控制调整。

4.4 摩擦损失

单向叶片式气动马达转子转动过程中叶片与气缸侧壁之间存在摩擦, 这消耗了理论绝热功的, 使工作效率下降, 同时增加了动静部件之间的摩损。可将润滑油混入工质对其进行润滑。轴承可采用脂润滑。

5 结论

单向叶片式气动马达在设计和运行中可采用以下措施改善工作性能:

1) 单向叶片气动马达的结构尺寸对理论绝热功率及耗气量有影响, 在设计计算中应对其进行优化改进;

2) 减小余隙容积;

3) 控制间隙尺寸;

4) 采用合理润滑减小摩擦损失。

摘要：单向叶片式气动马达在实际中有很大的应用空间, 本文对其工作原理和影响其工作性能因素进行探讨, 提出改善其工作性能的措施。

关键词：单行叶片,气动马达,压缩空气

参考文献

[1]李富成.单向偏心叶片式气动马达主要参数的设计计算[J].凿岩机械与风动工具, 1985.

气动视觉伺服定位系统设计 第7篇

近年来在气动控制技术上特别引人注目的发展趋势之一是实现气,电一体化和气,机一体化。因为气动伺服定位技术一出现,就受到工业界和学术界的高度重视,为气动机器人、气动输送机大规模进入工业自动化领域开辟了十分宽广的前景[1]。视频图像通常由摄像机采集,经过图像处理程序得到目标的特征向量,再将这些特征向量转变为气动推杆的控制量,从而构成一个闭环视觉伺服控制系统。视觉作为人最主要的获取信息的感官,也被认为是机器人最重要的感知能力. 利用视觉传感器得到的图象作为反馈信息,可构造机器人的位置闭环控制,即视觉伺服( Visual Servoing)[2]。本文通过搭建一个气动视觉伺服系统,能够实现对目标的快速跟踪定位,伺服系统的动作时间明显比电动伺服系统更快,满足伺服系统的实时性要求,为后续的果实采摘机器人的直动关节控制研究打下基础。

1 气动视觉伺服定位系统的结构

本文选用FESTO公司生产的伺服定位系统,该系统由24V开关电源、伺服定位控制器CPX-CMAXC1-1、总线节点CPX-FB13、三位五通比例方向控制阀VPWP、传感器接口CASM及标准气缸DNCI等组成。如图1 所示,为使标准气缸能够成功应用于采摘机器人直动关节,搭建以下实验平台用以验证气动伺服定位系统的快速性和准确性。

如图1 所示,USB摄像头固定于气缸推杆顶端,方向与推杆垂直,可随气缸左右水平运动,在摄像头正前方放置一幅垂直气缸移动方向的苹果图片( A3彩印图片) ,通过实时的图像处理计算出目标苹果的中心位置与摄像机成像平面的中心位置之差,将偏差值转变为气缸需要移动位移的控制量,写入控制器,实现摄像头对该苹果的实时定位跟踪。

2 视觉系统

2. 1 图像采集

对目标图像的采集是采摘机器人研究工作的基础,图像采集包括静态图像采集与动态图像采集,静态图像采集作为视觉系统研究的基础,可以确定图像分割适合的颜色空间以及对应的分割策略,还可以验证视觉系统的可行性、实时性等[3]。本文采用的视觉伺服系统为基于图像的视觉伺服系统,如图2 所示。

本文采用CMOS摄像头作为采摘机器人的图像采集设备,通过VFW( Video For Windows) 软件包提供的应用程序编程接口,可以非常方便地实现视频捕捉、编辑及播放等通用功能,满足视觉图像处理的实时性,同时,还可以利用回调函数实现更加复杂的视频应用程序。使用VFW播放不需要专用的硬件,使用者可以直接通过发送消息或者设置相关属性实现视频的处理,还可在不生成中间文件的情形下直接访问视频缓冲区[4]。

2. 2 图像处理

在彩色图像处理技术中,RGB( 红、绿、蓝) 模型是面向硬件的最通用的模型,彩色监视器和绝大多数彩色摄像机均使用该模型; 该颜色系统通过改变红、绿、蓝三基色的数量混合出其他种种颜色。RGB颜色模型直接采用与硬件相同的颜色系统,因此采集的数据不需要经过颜色空间转换即可直接使用,但RGB颜色模型不能提供有效的颜色信息,R、G、B之间存在高度相关性[5],处理颜色分离时容易产生误分离。

本文采用HIS模型,从人的视觉系统出发,直接用色调( Hue) ,饱和度( Saturation) 和亮度( Intensity) 来描述颜色,HIS的彩色空间可以用一个圆锥空间模型来描述,如图3 所示。

经过观察果园果实图片如图4 所示,得知苹果果实与背景存在较大的颜色差异,因此本文选取基于颜色特征的图像分割处理方法。选取色差R-G作为图像分割的颜色特征值,下面就R-G作为图像分割因子对图像的分割效果,如图5 所示。从中可以得出,分割效果均可以满足对果实识别要求,因此,选择简单且快速的方法进行分割,有利于提高图像处理的快速性及实时性。

从R-G分割因子分割后的图片可以看出,所有苹果基本都能与树枝树叶分离出来,不过一些距离较远的苹果我们暂时不需要,因此可以通过获得连通域的中心,计算连通域中像素点到连通域边缘的距离,限制连通域的半径可以将距离较远,图中苹果较小的连通域都去除掉。改进后的分割效果如图6所示。

3 通讯控制

3. 1 PROFIBUS-DP通信

由气动视觉伺服系统的结构框图可以看出现场总线节点用于实现轴控制器与上位机之间的通信。现场总线的通讯状态由PROFIBUS特定的“故障”LED显示。

PROFIBUS是一种具有国际化,开放化以及不依赖生厂商的现场总线标准,它广泛应用于全集成自动化的工业,是目前世界上最成功的现场总线之一[6]。总线的连接是通过一个针脚分布符合PROFIBUS协议( 符合EN 50170 标准) 的9 针Sub-D插座来实现的[7]。通过集成在插头上的DIL开关可使具有主控能力的站点连接到系统上。CPX-FB13 支持符合EN 50170 标准的PROFIBUS-DP协议,可实现同步I/O交换、参数设定以及同步诊断功能( DPV0) 。CPX-FB13 的地址空间为64 字节输入和64 字节输出。图7 为现场总线节点CPX-FB13 示意图。

3. 2 伺服定位控制器

伺服定位控制器,通过FCT( FESTO配置软件)或现场总线完成调试。伺服定位控制器主要通过两组8 个字节的数据来实现对气缸的实时控制,分别是输出数据和输入数据。字节1 和字节2 用来设置控制器工作模式的,本文所使用的工作模式为直接工作模式。字节3 到字节8 由所选择的工作模式决定。要实现对目标的跟踪定位,就要为控制器写入正确的控制字节,只有正确的设置了控制字节,才能使气缸完成跟踪定位。

4 跟踪定位实验

搭建好整个气动视觉伺服系统平台后,需要对通讯卡进行初始化,同时还要利用FCT( FESTO配置工具) 进行配置组态,最后在Visual C ++ 6. 0 软件平台下进行控制实验。让气缸末端摄像头对准目标苹果中心位置,接着水平移动380mm的距离,实验结果为气缸同时跟着移动了380mm左右,完成一次对苹果中心位置的定位,精度完全满足控制要求。将采集到的数据点制作为表格1,如表1 所示。本文希望能够看到气缸移动时的阶跃响应曲线,将采集到的数据拟合成最终的阶跃响应曲线,如图8 所示。

从最终的曲线图可以看出,气缸从位置0 增加到380mm所用时间仅为0. 9s,稳态几乎没有超调,完全满足控制要求。

在上位机中编写的跟踪定位软件客户端可以实时查看到对目标的定位识别图像,如图9 所示,图中红色的十字标识为图像的中心位置,黑色十字标识为识别到的所有苹果中心位置,蓝色十字标识为最大苹果的中心位置。

5 结束语

以上验证了气动视觉伺服控制器的控制精度,速度完全满足实时控制要求,加上快速的图像处理算法,经过改进后的图像处理,处理一帧图像的时间在50ms左右。整个系统能够很好地实现实时跟踪目标,精确定位任务。

摘要：针对以往采摘机器人的电动推杆关节伸缩过程缓慢,文中采用气动伺服控制系统代替原来的电动推杆,提高伺服系统的快速性。视觉系统采用VFW图像采集系统,可以直接访问视频缓冲区,不需要生成中间文件,实时性高。通过单目视觉系统实现气缸对果实中心位置的跟踪控制实验,验证了气动伺服定位系统的快速性和准确性。

关键词：气动伺服,视觉系统,跟踪控制,定位系统

参考文献

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[2]Hill J,Park W T.Real time control of a robot with a mobile camera[C]∥Proc of the 9th International Symposium on Industrial Robots,Washington,DC,USA:SME,1979:233-246.

[3]王勇.棉花收获机器人视觉系统的研究[D].南京:南京农业大学,2007.

[4]张星明.基于VFW视频捕获的运动检测技术[J].计算机工程与设计,2002,23(6):29-31,41.

[5]陶霖密,徐光祐.机器视觉中的颜色问题及应用[J].科学通报,2001,46(3):178-190.

[6]张晓刚.基于PROFIBUS现场总线控制系统的研究与开发[D].杭州:浙江大学,2003.