气压试验论文（共5篇）
气压试验论文 篇1
0引言
经过数十年的发展, 国外的商用车气压ABS技术已较为成熟, 而国内自主研发的气压ABS的产业化进程刚刚起步, 在性能和可靠性方面与国外产品相比仍存在较大差距。近年来, 国内在ABS领域开展了大量研究工作, 吉林大学、清华大学、北京理工大学、北京航空航天大学等高校在理论研究与实车试验方面取得了丰硕成果[1,2,3]。
针对ABS控制, 国内外研究者提出了PID控制、最优控制、模糊控制等算法[2,3,4,5,6,7]。相比上述算法, 门限逻辑控制具有鲁棒性强、计算量小等优点, 是ABS产品的主流控制算法。ABS的控制目标是将车轮滑移率限制在合理范围内, 门限逻辑控制算法以滑移率为主要控制参数或辅助控制参数, 因此滑移率的准确性影响ABS的控制性能。基于成本考虑, ABS系统没有安装传感器测量车身速度。刘国福[4]采用加速度传感器测量制动减速度来估计车速, 受各种干扰耦合以及复杂的滤波算法的影响, 其工程实现较困难。王伟达等[3]利用制动过程中的轮速、压力控制状态等信息估计参考车速。
较实用的参考车速估计方法有最大轮速法、 斜率法、综合法、自适应斜率法[5]和基于模型[6]的参考车速算法。最大轮速法和斜率法虽然算法简单, 但参考车速估计误差大。基于模型的方法通过建立车辆动力学模型, 数值求解车身速度, 但该方法不能解决路面识别问题, 且算法精度依赖于模型准确度, 算法适应性差。
本文结合综合法和自适应斜率法, 从提高算法抗干扰性出发, 提出一种改进的基于自适应斜率的参考车速计算方法, 设计了基于门限逻辑的ABS控制策略, 并应用于商用车气压ABS控制器中, 进行了硬件在环仿真研究和道路试验。
1改进自适应参考车速算法
在基于门限逻辑的ABS控制算法中, 制动压力调节过程由若干控制循环构成。一个控制循环包括快速/阶梯减压、保压、快速/阶梯增压等压力控制过程。在控制循环中, 制动压力降低使得轮速充分恢复, 在接近车身速度时出现峰值。利用轮速峰值所包含的车速、车减速度信息, 自适应估算参考车速, 是ABS控制关键技术之一。
图1为典型的自适应斜率参考车速算法示意图。制动开始后, 制动压力快速上升, 到达时刻1时, 车轮角减速度达到设定门限, 制动器保压, 此时取最大轮速为参考车速计算起点, 按照估计的车身减速度积分计算参考车速。此后, 制动压力仍较大, 轮速进一步降低, 当车轮角减速度和滑移率达到设定阈值时, 制动器减压, 制动压力快速下降。车轮角减速度开始回升, 至设定阈值时, 制动器保压, 使压力保持在较低水平, 轮速充分恢复, 车轮角减速度继续回升。当车轮角减速度回升达到设定正阈值, 开始阶梯增压, 使制动器长时间保持在较高制动压力下。在阶梯增压前期, 轮速仍继续增加, 在时刻2, 轮速大于参考车速, 采用最大轮速法, 用轮速代替参考车速。时刻3, 轮速达到最大值, 以最大轮速为参考车速计算起点, 估计的车身减速度为
式中, vi、ti分别为时刻i对应的轮速和时间, i=1, 3。
同理, 在每个控制循环中更新参考车速计算起点和车身减速度, 得到图1所示的参考速度估计。该方法能较快识别路面, 具有较好的适应性, 但如何准确确定各控制循环起止点存在一定难度, 且路面干扰[8]将通过差分计算对车身减速度估计产生噪声。文献[3]将阶梯增压的起点作为控制循环的起止点, 但实际应用中, 低附着不平整路面的干扰会影响轮速的恢复[8], 且低附着路面下, 相邻控制循环的速度变化小, 信噪比低, 因此车身减速度估计的误差较大。
为改善算法适应性和抗干扰性, 本文提出一种改进的自适应斜率参考车速算法, 如图2所示, 具体实现如下:
(1) 在ABS的第一个工作循环, 由于获得的路面信息有限, 故按高附路面设置车身减速度 (取0.6g) 。第一个工作循环的参考车速计算起点取图1中时刻1的轮速。
(2) 在时刻n (图2中的时刻2) , 轮速达到最大值vw, n, 此时更新车身减速度估值:
其中, k为滤波系数, 取值范围为[0, 1]。根据道路试验结果, 综合取值以平衡辨识灵敏度和抗干扰性, 并用vw, n重置参考车速vr的计算起点。
(3) 阶梯增压步数大于5时, 此时的累计增压时间约为240ms, 气室制动压力很高, 表明当前路面为高附着路面, 车辆减速度取高附路面的经验值。
2ABS控制逻辑
研究采用门限逻辑作为ABS控制算法。门限逻辑具有算法适应性好、稳定、可靠等优点, 主要不足是需要通过大 量试验对门限参数进行标定。
考虑气压ABS的压力响应较慢, 并为改善算法鲁棒性, 在经典的博世门限控制逻辑基础上, 提出图3所示的气压ABS控制逻辑。图3中, 实线表示基本控 制循环, 虚线表示 异常控制 过程。 ABS基本控制过程由快速增压、步进增压、快速减压、步进减压、保压A、保压B等构成, 其中, 保压A用于大滑移率条件下的长保压控制, 保压B用于较小滑移率条件下的短保压控制。控制算法将车轮角减速度作为主门限, 将车轮滑移率作为辅助门限。
车轮角减速度用aw表示, 滑移率用s表示, Cx表示第x个状态转移条件, ax、sx分别为第x个状态转移设定的车轮角加速度和滑移率门限值, 控制状态切换条件描述如下。
ax和sx通过硬件在环和道路试验标定, 最终将车轮滑移率控制在合理范围内, 门限值排序关系为s1
(1) C7:减压期间, 未达到C3的条件, 轮速快速恢复接近参考车速且滑移率持续减小 (这可能因为此前估计的参考车速过大, 参考车速被重置减小后, 计算的滑移率小于s3) 。此时的制动器内压力过小, 进入步进增压过程。
(2) C8:步进减压期间, 压力降低, 轮速回升。 当滑移率小于门限时, 进入短暂保压过程。
(3) C9:减压期间, C3、C7条件未满足, 而滑移率小于门限值。此时的制动压力较低, 应缩短保压时间, 因此进入短暂保压过程。
(4) C10:长保压期间, 由于制动压力偏大, 导致滑移率进一步增加, 车轮角减速度小于门限值, 进入快速减压过程。
(5) C11:短保压期间, 压力过大, 轮速没有充分恢复, 此时进入步进减压阶段。
(6) C12:步进减压时间大于设定门限, 此时虽然制动压力很低, 但仍未检测到轮速恢复。发生这种状况可能的原因是传感器或制动回路异常。 为避免失去制动, 进入步进增压。
3硬件在环试验研究
硬件在环试验研究的目的是测试ABS控制逻辑的稳定性和可靠性, 并对关键控制参数进行初步标定。
3.1硬件在环试验平台
ABS硬件在环试验平台由车辆仿真模型和硬件实物两部分组成, 如图4所示。车辆仿真模型采用MATLAB/Simulink构建, 将整个车辆模型分为发动机模块、动力传动模块、悬上动力学模块、前后轴运动学模块、轮胎模块等多个子模块。 硬件部分由xPC-Target实时系统、气压制动系统、ABS电磁阀、ABS控制器、压力传感器、数据采集系统、轮速模拟电路等构成。
本文所建的车辆模型对象为三轴商用车, 为了准确反映车辆的运动状态, 建模采用了19个自由度的整车模型。19个自由度包括:车身纵向、 侧向、垂直方向的平动自由度和侧倾、俯仰、横摆, 6个车轮旋转及垂直方向运动自由度, 1个转向自由度。轮胎模型采用半经验的TM-easy模型[9]。
xPC-Target采用宿主机-目标机双机模式。 在宿主机上搭建和编译车辆模型, 并将编译通过的模型代码通过TCP/IP下载到目标机。在目标机上实时运行仿真模型代码。
ABS控制器采 用英飞凌XC164为主控MCU, 系统布置形式为4S/4M, 第二轴和第三轴的制动器共用ABS调节阀, 传感器安装在第一轴和第三轴车轮上。
表1所示为建模采用的某三轴商用车基本参数。
3.2硬件在环仿真结果
在Simulink模型中设置整车和道路参数, 对高附、低附、对开等路面进行硬件在环试验。由于仿真系统未建立驾驶员模型, 不能通过转向操作将车辆控制在车道上, 因此没有在硬件在环系统上进行对开试验研究。各种路面的硬件在环仿真结果如表2、图5~图7所示。
由图5~图7可知, 在整个制动过程中, 车轮均没有抱死。低附路面下, 前1.5s内, 前轮滑移率峰值达到46%, 滑移率大于25%的持续时间约0.3s。这是因为初始参考减速度按高附路面设置, 远大于实际值, 且初始压力上升快, 从而导致制动初期滑移率过大, 轮速未能充分恢复。同时, 本文提出的参考车速估计算法为滤除干扰而对减速度识别存在一定延迟。1.8s后, 控制器完全准确识别出低附着路面, 将滑移率控制在0.05~ 0.4。在对接路面下, 当车辆从高附路面进入低附路面时, 在1.5s处控制器识别出进入低附路面, 车轮制动压力快速下降。
4道路试验
将所开发的ABS控制器安装在某6×4牵引车上进行试验, 试验场地为长春某汽车厂试验场。 空载条件下进行高附、低附和对开路面等测试, 试验结果如表3和图8~图10所示。
低附路面试验中, 前期滑移率出现较大波动, 这是由于紧急制动使气室内压力迅速上升, 车轮出现较大程度滑移, 轮速恢复不充分 (仿真中亦存在该问题, 控制参数有待进一步优化) 。尽管前4个循环车身减速度估计较准确, 但参考车速起始点误差影响了参考车速的准确估计。压力调整 (2.5s) 后, 轮速滑移率变化范围减小, 整个制动过程中, 车轮未出现明显抱死。对开路面试验中, 高附路面 (左侧) 车轮的滑移率变化很小, 轮速接近车速, 低附路面 (右侧) 前轮峰值轮速与左前轮速接近。由于引入了低选修正控制, 故驾驶员在开始制动和退出ABS调节时的方向盘修正控制在180°以内, 车辆始终保持在车道上, 满足国标要求。各种试验工况下, 车轮未发生制动抱死, 车轮滑移率均控制在合理范围内 (高附着路面滑移率均值约0.14, 低附着路面滑移率均值约0.22) 。 试验中, 最低附着利用率为79%, 达到国标75% 的附着利用率要求。
5结语
提出的改进自适应斜率的参考车速计算方法, 平衡了车身减速度辨识灵敏度和抗干扰性。 开发了基于门限逻辑的ABS控制算法和控制器, 并进行了硬件在环试验和实车道路试验。试验结果表明, 该控制算法能较好地适应各种工况的防抱控制要求, 路面附着利用率、方向稳定性等指标达到国标要求。
摘要：为改善基于门限逻辑算法的制动防抱系统控制性能, 提出了一种工程实用的参考车速自适应算法, 利用每个控制循环轮速恢复的峰值修正车身参考减速度。设计了基于门限逻辑的ABS控制算法和控制器。在xPC Target的硬件在环系统中进行了仿真试验, 并进行了实车试验和参数整定。试验结果表明, 提出的参考车速算法在各种典型工况下适应性好, 能准确、快速识别车身减速度, 结合门限逻辑控制算法, 可将车轮滑移率限制在合理范围内。
关键词：参考车速,门限逻辑算法,制动防抱系统,系统硬件在环
参考文献
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气压试验论文 篇2
胜利四中九年级物理单元测试
姓名： 班级： 成绩：
一、基础题
1、大气压强简称或
2、产生原因：大气有性。
3、证明大气压存在且很大的是实验；
测定大气压强数值的是意大利科学家 ，这个实验叫 实验。
4、1个标准大气压。 5、1个标准大气压mm汞柱米水柱
6、大气压随高度增加而
7、高山上煮食由于高压锅能使 ，于是可以提高 食物可以很快煮熟。
8、气压增大，液体沸点。液体沸点随高度升高而
9、常用的气压计有气压计和盒气压计。若水银气压计放置倾斜读数偏。
10、托里拆利实验中，若管倾斜后，水银柱高度，长度 。
11、流体在流速大的地方压强；在流速小的地方压强 。
12、飞机飞行时流过机翼上方的空气速度速度，流过机翼下方的空气速度速度 ，机翼上、下方所收的压力差方向 。
二、巩固题
1．下列现象中不属于应用大气压的是 ( )
A．塑料挂衣钩能贴在墙上挂衣服 B．纸片能托住倒过来的一满杯水而不洒
C．用吸管吸起汽水瓶中的饮料 D．用注射器能把药液注进肌肉里
2．下列实验不能说明大气压存在的是 （ ）
3．下列各实验中，能测出大气压强值的是（ ）
4．在托里拆利实验中，下面哪种情况能使玻璃管内外水银面的高度差发生变化 ( )
A．向水银槽里加少量水银 B．把将管倾斜 C．将玻璃管变粗 D．外界大气压发生变化
5．托里拆利实验中，当玻璃管内的水银柱稳定后，在管顶穿一个小孔，那么管内水银将 ( )
A．往上喷出 B．稍微下降 C．保持原来的高度不变 D．降到与管外水平面相平
6．有关大气压的说法，哪句话是错误的 ( )
A．大气压的值不是固定不变的 B．大气压的值跟天气有密切的关系
C．大气压的值随高度的增加而增加 D．同一地点，不同时间大气压的值不完全相同
7．大气压强的值为10Pa，则大气压对你的一只大拇指指甲表面的压力大约是 （ ）
A.1N B.10N C.100N D.1000N
8．肺与外界的气体交换是通过呼吸运动实现的。当胸廓容积扩大时 其内压强与大气压的关系5
是( )
A.大于大气压 B.等于大气压 C.小于大气压 D.先大于大气压,后小于大气压
29．1标准大气压约等于质量______kg的物体放在10 m面积上时产生的压强．
10．在1标准大气压下，利用足够长的细管来吸水，最高能够把水吸到_____m高．
11．活塞式抽水机和离心泵是利用__ _____把水从低处抽到高处的．
12．某同学在当地气压为1标准大气压时做托里拆利实验，在读数时，玻璃管放
竖直，那么他所读的数值_____76 cmHg柱 (填“大于”“小于”或“等于”)
13．已知实验室所在地大气压为1标准大气压,在如图所示的托里拆利实验中,
管内水银上方为真空,则管内A点的压强为_______毫米汞柱,槽内B点的
压强为_______毫米汞柱.
14．在做托里拆利实验时,不小心管内进入了一点空气,测得的结果是730毫米汞柱,
而当时实际大气压的值是756毫米汞柱,那么管中水银面上方空气的`压强是
________毫米汞柱.
15．如图为自制水气压计．如果将气压计从楼下拿到楼上，管内水银柱的高度
将 。
16、注射器内封闭着一定质量的空气，在温度一定时，注射筒内空气体积减小，压强
将___________．(填“变小”、“不变”或“变大”)
17．如图所示,用手握着两张纸,让纸自然下垂.在两张纸的中间向下吹气,这
两张纸将相互________(填“靠近”或“分开”),这说明流速越大,气体压强越__ _。.
18．煮牛奶时，为了保持牛奶的营养成分，不能用高温煮沸。为此，人们制造了一种“低压锅”。用这种锅煮牛奶，可以使牛奶里的水不到100℃就沸腾。这种“低压锅”的物理原理是
____________________________________.
19、2m物体表面受到压强是300 Pa，则该表面1m表面受到压强是 Pa
20、火车钢轨铺在枕木上是为了
三、拓展提高题
1．保温瓶中热水不满而盖紧瓶塞，过一段时间瓶塞不易拔出。此现象表明：体积一定时，气体
52的温度_______，气体的压强________。假定外界大气压为1.0×10Pa,瓶口截面积为10cm，拔
出瓶塞至少需要的力量是20N，则瓶内气体压强是______________.
2．如图所示,是喷雾器的原理示意图,当空气从小孔迅速流出时,小孔附近空气的流速较大,压强__________,容器里液面上方的空气压强_____________,液体就沿着细管上升,从管口流出后,受气流的冲击,被喷成雾状.
3．打开水龙头,使自来水流过如图所示的玻璃管,在A、B、C三处，
水的流速较大的是________处,压强较小的是________处.
4．在图所示的装置中，架子处于关闭状态．现将NaOH
溶液滴22
入广口瓶中，待充分反应后，打开夹子，试管中刚沸腾的水又重新沸腾了．对上述现象解释正确的是( )
A.试管内的气压减小，沸点升高 B.试管内的气压增大，沸点升高
C.试管内的气压减小，沸点降低 D.试管内的气压增大，沸点降低
5．用力压气球，气球会爆破；打足气的自行车车胎在阳光曝晒也会爆破，生活中还有很多类似的现象，于是小红同学提出：质量一定的气体压强大小与哪些因素有关呢？请你根据上述例
子、生活经验和所学知识提出猜想。（至少写出两个）
你的猜想：
⑴_____________________________________
⑵______________________________________
6．人们在夏天经常用吸管喝饮料,都可以很方便地将饮料吸入口中: 若将瓶口用塞子塞紧,只
在塞子中间打个孔穿过吸管,这样可以喝到饮料吗?为什么?（如图乙所示.） 。
7．如图是小华做“估测大气压的的实验示意图．
(1)请将下列实验步骤补充完整．
A.把注射器的活塞推至注射器筒的底端，排尽筒内的空气．然后用橡皮帽封住注射器的小孔．
B.用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动注射器筒．当注射器中的活塞刚开始滑动时，记下 _________ ，即等于大气大气压测试对活塞的压力F。
C.用刻度尺测出注射器的L，读出注射器的容积V，则活塞的面积S=
D.最后计算出此时大气压的数值(写出表达式)。
(2)实验中，小华正确使用了测量仪器，且读数正确，但她发现测量结果总是偏小，其主要原因是 _____________________________________ 。
8．科学研究需要收集和处理数据,在已有大量数据时,要科学地分析这些数据并找出规律,对数据的处理方法就显得十分的重要.如图给出的是大气压跟对应高度的一些测量数据.
(1)根据图示数据你能得出的结论是什么?
(2)请发挥你的聪明才智,根据题中提供的数据,
用科学的方法把大气压随高度变化的这一规
律,形象、直观地表示出来.
9．如右上图，家用玻璃茶几的桌架是用四个塑料吸盘吸附在桌面上的．如果每个吸盘的直径是4 cm，计算桌架质量不超过多少时，抬起桌面就能把桌架带起．实际上，所能带起的桌架质量总小于上述计算值．请分析原因．
10、桌面上放置一空玻璃杯，底面积为0。01m2，对桌面压强是200 Pa。求：
（1）空玻璃杯重
（2）装8N水后，水对杯底压强是900 Pa，求水深度？
气压试验论文 篇3
城市燃气管道气压试验是燃气管道施工及验收的重要环节。CJJ 33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范和CJJ 94-2009城镇燃气室内工程施工与质量验收规范对此有严格的规定。实践中,施工人员往往采取一些特殊的办法来达到要求。钢管作为城市燃气管道应用广泛,且无法完全代替。本文结合一些工作经验,就钢管作为城市燃气管道气压试验开始讨论,望引起同行共鸣。
1 规范对气压试验规定的适应范围
一般来讲,城市燃气管道的施工分两大类:市政管道施工和用户庭院户内管道施工。二者一般以庭院管道与市政管道碰头处或用户围墙为界。市政管道施工又分为中压管道及低压管道施工。市政燃气管道施工气压试验一般执行CJJ 33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范。用户庭院管道施工又分为中压管道、低压管道。为安全起见,中压管道较少见,一般执行CJJ 33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范。低压管道又分为庭院管道及户内管道,二者一般以引入管后阀门为界。庭院管道一般执行CJJ 33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范。户内管道不含煤气表时执行CJJ 94-2009城镇燃气室内工程施工与质量验收规范;如使用膜式煤气表时,一般参照GB/T 6968-1997膜式煤气表规定,膜式煤气表只做严密性试验。
2 CJJ 33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范进行气压试验时需注意的问题
2.1 CJJ 33-2005城镇燃气输配工程施工及验收规范与CJJ 33-1989的不同
1)压力降合格的判定标准的变化:严密性试验中,原规范对严密性试验允许有泄漏,并且允许泄漏的量较大,管径越小允许压力降越大,某些条件下的允许压力降超过了国家现行有关标准。国家现行有关标准中,原油天然气有关标准允许严密性试验有1%～1.5%的压力降的要求,而城镇燃气管道的试验要求应该高于原油天然的野外管线。在实际工程中,也存在明知被试验的管道有漏点,也能符合原规范对严密性试验要求的情况。
目前城市道路下敷设有各种市政管道,并且各管道、管沟的安全距离较小,燃气管道只要有泄漏就有可能进入排污管线、电力电缆沟、供热管沟内聚集而引发事故。从施工角度讲,只要有泄漏就说明工程质量存在问题,小的漏点也有可能在长时间的运行后扩大。所以,2005版燃气管道的严密性试验不允许有泄漏是正确的。GB 50235-1997工业金属管道工程施工及验收规范对严密性试验的要求也是不允许有泄漏。
严密性试验的合格判定条件为ΔP′<133 Pa,其含义是不能有压力降,133 Pa是考虑在读取压力计时可能产生的视觉误差。按水银压力计考虑,1处读取的误差不会超过1汞柱,上、下累计的最大读取的误差为2汞柱,约133 Pa。ΔP′<133 Pa的合格判定条件与原规范相比较为严格,在本标准修订过程中,绝大多数燃气公司认为该合格判定条件能够做到,而且有的燃气公司在企业标准中,已实行严密性试验的合格判定条件为无压力降。
2)试验压力和介质的变化:1989版规定,气压试验介质宜采用压缩空气。强度试验压力为1.5PN,且钢管不低于0.3 MPa;2005版根据GB 50235-97工业金属管道工程施工及验收规范规定修改为:钢管PN>0.6时,使用清洁水做试验介质,试验压力为1.5PN,钢管PN≤0.6时,使用压缩空气做试验介质,试验压力为1.5PN且不小于0.4。
3)对试验用压力表做了详细的规定:要达到2005版合格判定标准,必须按试验压力,分别使用机械式压力表、水银U形管压力计和水U形管压力计测量。管线长的宜安排两套仪表,并对机械式压力表量程、精度等级、最小表面直径(mm)、最小分格值(MPa)进行了规定。
压力计精度不得低于1.5级,即检定后被检各点的最大误差不大于满量程的1.5%,可以按1.5级表使用。
4)和1989版相比,对试验准备工作、试验长度及试验过程做了详细的规定。
2.2 其他需注意的几个问题
1)气压试验时,必须注意稳压时间。稳压过程中应注意:a.保证长距离管线压力均衡;b.保证有足够的时间让压缩空气温度降到和管道温度一致,读出的温度符合实际。一般气体压缩机压出的气体温度比较高。
2)测温时,要按各种实际情况执行。温度计设置,要尽量真实反映管内气体实际温度。设置不当,会发生一些想不到的结果。如规范要求埋地管道应回填至管道上方0.5 m以上后进行试验,夏天对回填至管道上方0.5 m以上的埋地管道进行试验,以环境温度代替管道内气体温度,会得出温度降低的结果;夏天露天暴晒管道内气体温度实际高于环境温度,气密性试验会发生压力不降反升的现象等等。
3)管道强度试验带有一种破坏性试验的性质,特别要注意安全,要有可靠的安全保障,包括检查焊口是否全部检验合格;检查设备、管件的安装是否牢固;对参与试验的人员进行技术交底;吹扫和待试管道与无关系统应采取隔离措施,与现已运行的燃气管道不得用阀门隔离,必须采取加盲板等方法完全断开;其他管道也应采取加盲板等方法完全断开等。新规范把强度试验最低试验压力提高到0.4 MPa,提高幅度达33.3%。施工中,我们遇到过强度试验达到0.3 MPa时一段劣质管道焊缝爆裂的现象,因此特别要注意安全。
3按CJJ 94-2009城镇燃气室内工程施工与质量验收规范进行气压试验时需注意的问题
1)如使用膜式煤气表时,进行试验压力大于5 kPa的气压试验时,必须注意燃气表的隔离。根据GB/T 6968-1997膜式煤气表规定,燃气表可承受1.5倍工作压力,持续时间不小于3 min,一般居民用户燃气使用压力为1 kPa～2 kPa,1.5倍及不大于[5 kPa,一般燃气表厂试验压力不大于8 kPa,施工中发生过20 kPa试验压力把膜式煤气表壳体打飞的事故。大于8 kPa,可能产生膜式煤气表表内皮膜打坏的恶果,必须严厉禁止。
2)使用U形压力计时,注意冬季掺酒精后压力的折算。注意U形压力计必须垂直使用并固定牢固。稳压后一般在压力计上别一小纸条等办法记录压力原始位置。只要液面位置不动,即为合格。
摘要：分析了《城镇燃气输配工程施工及验收规范》和《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》对气压试验规定的适用范围,归纳了按两种规范进行气压试验时需注意的一些问题,从而为城市钢质燃气管道气压试验积累相关经验。
关键词：燃气管道,气压试验方法,规范
参考文献
气压试验论文 篇4
鉴于在高空环境下搭建试验平台十分困难,目前国内外研究人员针对低气压下放电特性的研究一般通过人工气候室进行[4,5,6,7]。然而人工气候室难以模拟海拔10 km以上的大气环境,例如直径2 m、高3.8 m的人工气候室模拟极限海拔为7 km(30k Pa),直径22 m、高34 m时仅为4 km(60 k Pa),而海拔高度20 km时气压仅为5 k Pa[8,9,10],另外受材质的影响其有效放电间隙长度远小于半径。因此,有必要搭建极限模拟海拔高、放电性能优异的低气压长间隙放电试验平台。基于上述原因,本文研究一种极高海拔低气压长间隙工频放电试验平台。
1 试验平台及测试方法
为提高现有低气压长间隙放电试验平台的极限模拟海拔高度和放电性能,本研究首次研制了以聚丙烯为主体材质的真空放电腔,并搭建了包括真空放电腔、真空泵、真空计、工频电源、高速摄像机等仪器的低气压放电试验平台。
1.1 试验设备及场地布置
试验研究是在华北电力大学新能源与电力系统国家重点实验室内完成。试验平台布置如图1所示。
A为380 V/20 k VA控制台;B为200 k V/20 k VA试验变压器;C为分压器;D为真空泵;E为真空计;F为高速摄像机;G为电脑;H为真空放电腔体
由于聚丙烯电绝缘性和耐疲劳性高,放气率和渗气率均较低[11,12],因此本研究研制了以聚丙烯为主体材质的真空放电腔。真空放电腔直径1.2 m,有效放电直径1 m,设计最大放电间隙长度0.6 m,包括圆筒外壁、椭圆形封头、加强结构、内胆四部分。放电装置为棒-板电极,板直径为800 mm,棒直径为15 mm,锥尖头高度15 mm,棒-板间隙距离600 mm内可调。交流电源为容量20 k VA的YDQ-400V/200 k V充气式试验变压器;工频控制台为HZTC-101型工频耐压控制台;真空计选用DL-10A型石英真空计,量程为5×10-1~105Pa[13]。真空泵选用西门子RVP-6旋片式真空泵,抽气速率为6 L/s。采用一台LX-30高速工业摄像机对放电过程进行观测,所采用拍摄速度为60帧/s,对应像素为640×480,单帧曝光时间为16.7 ms。
1.2 测试方法
试验的目的是测试试验平台的气密性及低气压放电性能。
真空放电腔体设计外圧力0.1 MPa,试验平台气密性测试主要针对压升率指标,拟在25~70 Pa和0.1~1 k Pa气压范围内各选取10个气压段测试真空放电腔体压升率,ΔP=0.1 k Pa,每个气压段测试5次取平均值。放电性能针对间隙距离变量和气压变量两方面,测试模拟5 k Pa下200 mm、300 mm、400 mm、500 mm、600 mm五种间隙时的放电效果;测试600 mm间隙下模拟1 k Pa、2 k Pa、3k Pa、4 k Pa、5 k Pa五种气压时的放电效果。由于空气间隙交流放电特征量分散性较小,因此采用均匀升压法进行试验。利用高速摄像机观测棒电极尖端产生电晕到间隙击穿全过程,两次放电间隔时间为5 min。
2 试验结果及分析
2.1 气密性测试
经测试,利用西门子RVP-6旋片式真空泵可使腔体达到极限真空度23 Pa。在25~70 Pa气压范围内腔体最大压升率为0.077 Pa/s,该点出现在腔内真空度最高值点,且压升率在该段随真空度降低呈现下降趋势,压升率变化如图2所示。考虑平均压升率并由式(1)[14]可得极限真空度为20.65 Pa,与试验测试结果十分接近。在1~4 k Pa气压范围内腔体最小压升率为0.022 Pa/s,该点出现在腔内真空度最低值点。压升率在该段随真空度降低呈现下降趋势,且在0.4~0.9 k Pa气压范围内下降明显,压升率变化如下图3所示。
式中,Sp为真空泵抽速;Ks=1.4为腔体出口处机械泵抽速损失系数;Py=0.054 Pa/s为平均压升率;V=1 639 L为腔体内容积;Pg为极限真空度。
2.2 放电性能测试
利用试验平台模拟5 k Pa下200 mm、300 mm、400 mm、500 mm、600 mm五种间隙的放电效果如图4所示。由不同间隙距离下的放电外形可知,先导放电通道连通棒电极底端和板电极上端面随机位置,当间隙距离增大到400 mm时先导放电通道呈现梯级形态且随间隙距离增大梯级现象越发明显,即使间隙距离大于试验腔体半径时放电路径未受腔体半径限制。
产生上述现象的原因是随间隙距离增加,先导头部流注发展方向的随机性开始显现,导致先导通道曲折发展。由于放电腔体主体材质为聚丙烯绝缘材料,因此腔体内表面无法积聚足以改变放电路径的电荷。因此本研究设计的试验平台可以实现间隙距离600 mm内棒-板间隙放电,且该试验平台突破了传统钢制腔体半径对放电间隙长度的限制。
利用试验平台模拟600 mm棒-板间隙下1 k Pa、2 k Pa、3 k Pa、4 k Pa、5 k Pa五种气压下的放电效果如图5所示。对比五种气压下的放电外形可知,当气压为1 k Pa时仅能在棒端前方很小区域内观察到明亮的先导通道,随气压增高先导通道逐渐变亮收细且梯级现象逐渐明显。
1 k Pa下先导通道向前发展困难的原因是由于该气压下腔体内电荷密度太低导致流注通道较长且流注数量较少,无法形成足够的根部热电离供给先导通道继续向前发展。放电通道外形随气压变化是由于随气压升高,腔体内空间电荷密度增大,导致电子发生碰撞电离的自由行程缩短,因此先导通道周围的电晕壳减薄,且随着电荷密度增加发生击穿时先导通道电流增大,电流的热效应导致通道变亮。因此本试验平台可以实现海拔20 km(5 k Pa)以上的长间隙放电。
3 结论
(1)耐压性和气密性试验结果表明,该试验平台具有耐真空能力,对于试验周期较短的工频放电试验具有较好的气密性。
(2)放电特性试验结果表明,5 k Pa下200~600mm间隙距离内随距离增加放电通道梯级现象逐渐明显,600 mm间隙下1~5 k Pa气压范围内随气压增加放电通道梯级现象逐渐明显,通道逐渐收细、变亮。
气压试验论文 篇5
在机械制造业中,模具工业被称之为“工业之母”,机械行业中70% 以上零部件的加工与模具相关[1,2,3]。为了延长模具的使用寿命,提高其耐磨、耐疲劳性能,往往需要对模具表面进行激光强化处理[4],但同时其硬度、耐磨性能的提高也增加了激光强化模具在光整加工阶段的难度,因此,提高高硬度、高耐磨模具在光整加工阶段的效率具有极其重要的现实意义。
对此,浙江工业大学计时鸣教授等人[5,6]提出了一种软固结磨粒气压砂轮( Soft-consolidation abrasives pneumatic wheel) 加工新方法。
为了解决这种软固结磨粒气压砂轮在光整中气压砂轮常出现高频小幅振动的现象,以及进一步提高该方法对激光强化模具光整的效率,本研究借助ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,进行针对芳纶浆粕增强气压砂轮基体后气压砂轮的模态以及光整中的接触应力分布特性分析,并对Cr12 激光强化曲面模具进行光整加工试验。
1气压砂轮光整技术
软固结磨粒气压砂轮光整加工方法利用高强力粘结剂在柔性气压砂轮表面聚集形成磨粒层,使每颗磨粒受力后又可局部微动,通过影响周边磨粒群的受力状况而发生群体效应,达到软性条件下的应力集中,以实现高效切削的目的。
软固结磨粒气压砂轮主要是由丁苯橡胶( SBR) 构成的空心半球与磨粒层组成,克服了现有气囊抛光中采用游离态磨粒切削能力弱的缺点,其表面的柔性可以通过空心半球内部气压实时在线控制,并可方便地与机器人配合使用[7]。
软固结磨粒气压砂轮光整系统与气压砂轮结构如图1 所示。
研究软固结磨粒气压砂轮光整加工中被加工材料的材料去除量与加工工艺参数之间关系时,通常采用的是Preston方程,但针对特定加工环境下的关键因素,学者们对该方程式进行了很多的修正[8,9]。根据前期研究,得出了应用于软固结磨粒气压砂轮的材料去除Preston方程[10]:
式中: MR—被加工工件的材料去除率,K1—被加工工件硬度系数,K2—磨粒硬度系数,K3—磨粒粒径系数,N—参与工作的有效磨粒数,P—气压砂轮接触压力,υ—磨粒的切削速率。
对于表面激光强化模具而言,由于强化区的硬度和耐磨性均有大幅度提高,其抛光难度也随之有所增加。
根据式( 1) 可知,通过改变磨粒硬度和粒径、压力P以及切削速率V可以用来改变材料去除量。其中,压力P由气压砂轮基体通过粘结剂间接为磨粒供力,通过浆粕增强后的气压砂轮基体能够提高压力P的值。
2复合气压砂轮的仿真分析
2. 1 仿真参数与模型
添加不同含量芳纶浆粕后,气压砂轮基体的弹性模量由国标GB/T528-2005 中规定的实验方法得到。拉伸试样为哑铃状结构,试验环境温度为23 ℃,拉伸速率为500 mm/min,每种试样拉伸3 次。
添加不同芳纶浆粕的复合气压砂轮基体应力-应变关系曲线如图2 所示。
如图2( a ~ d) 所示的曲线依次表示: 未添加、添加2. 5% 、添加3. 3% 和添加5% 芳纶浆粕短纤维的气压砂轮基体材料的轴向应力-应变关系曲线; 在图中分别标识了数据拾取起点与拾取终点,可知两点间的曲线近似为直线,求得两点之间的斜率即为试样的弹性模量,取平均值得到的数值结果如表1 所示。
由表1 可知,气压砂轮基体的弹性模量随着芳纶浆粕的增加而增加。另外,工件的弹性模量为2. 1 ×106MPa,泊松比为0. 3,气压砂轮的泊松比 μ 可由混合率公式求得[11],具体数值见表1。
气压砂轮光整加工有限元模型主要由气压砂轮和工件组成,所用的单元类型均为Solid185 六面体单元,由于橡胶材料的模量小,变形相对较大,变形过程比较复杂,在网格划分时需要利用较小的网格尺寸来保证大变形下的精度,但是过小的网格尺寸会导致求解时间的大幅增加,这里控制气压砂轮的网格尺寸为0.001。
由于模具的弹性模量远大于气压砂轮,故在此可以将其视为刚体,网格可以较为粗大,亦不会影响求解精度,这里控制网格的尺寸为0. 002。
2. 2 模态分析
本研究对气压砂轮的上部边界全部约束,用Black Lanczos法求解,最终可以得到4 种气压砂轮各阶振型的频率,气压砂轮基体的基频与纤维含量的关系如图3 所示。
由图3 可知:4 种气压砂轮第一阶模态和第二阶模态为均对称模态,具有相同的频率,振型对称,振动方式和最大振幅发生的位置也基本相同,基频下气压砂轮的振型如图4 所示。
其次,由于芳纶浆粕短纤维的增强作用,使得气压砂轮基体的固有频率得到了显著的提高。如添加5%芳纶浆粕的气压砂轮,前六阶固有频率分布在370 Hz ~710 Hz之间,显著高于未添加芳纶浆粕的气压砂轮的固有频率。其中,第一阶模态的基频从145. 71 Hz提高至373. 79 Hz,升幅达到156. 5%。
因此,提高基频能有效地提高气压砂轮的抗振性。另外,对于其他高阶的振型,由于篇幅所限,本研究在此不作分析。
2. 3 气压砂轮光整中的接触应力仿真分析
为了研究气压砂轮光整中的接触应力分布特性,先建立接触对,这里采用单面接触类型,其次设置气压砂轮沿z轴负方向对工件进行进给,进给速率为5 mm / s,转速为1 200 rpm,气压砂轮下压量为2 mm,进动角20°,充气压力为50 kPa。
通过提取砂轮接触表面区域中沿x轴方向的应力值,可以得到接触区域的应力-位置关系曲线,如图5 所示。
由图5( a ~ d) 可知: 气压砂轮的整体接触应力随着气压砂轮中芳纶浆粕含量的增加而增加,但是由于气压砂轮的进给运动,导致其受力出现不对称的现象,左侧峰值大于右侧峰值,并且中间位置的应力值明显小于两侧的应力值,呈M型分布,如图5( a) 所示的未添加短纤维的应力分布尤为明显。但是随着短纤维含量的增加,气压砂轮这一现象逐渐改变,0 刻度处的应力值逐渐增大,如图5( b ~ d) 所示。当短纤维含量继续增加时,如图5( d) 所示,气压砂轮的接触应力区较为集中,即两峰值较为接近,导致气压砂轮局部工作区域的受力出现较大,仿形接触区域减小,对于曲面模具的光整加工较为不利。
由此可见,并不能盲目增加短纤维的含量,而是要适当控制其含量,使气压砂轮绝大多数区域的受力比较均匀。因此,由上述分析结果可知,添加3. 3% 芳纶浆粕的3 号气压砂轮的接触应力分布相对比较均匀,建议选用添加这一比例芳纶浆粕的气压砂轮。
3光整试验
芳纶浆粕增强气压砂轮的对比试验目的主要是为了分析短纤维在基体中的质量分数由0% 依次递增至5% 后对抛光效果的影响。
试验所用模具的材质为Cr12,激光强化后维氏硬度为835 HV,初始表面粗糙度Ra为0. 65 ±0. 02 μm,SiC磨粒的目数为80 目,气压砂轮硬度为40 HA,充气压力为0. 05 MPa,下压量为2 mm,进动角为20°,转速为1 200 r/min。
在加工120 s后对模具表面进行测量并取平均值,得到的试验结果如表2 所示。
由表2 中40 HA试验组的材料去除率值可知,材料的去除率并非随着芳纶浆粕在基体中质量百分数的增加而增加,例如当添加2. 5% 的芳纶浆粕后,材料的去除率为1. 05 mg/min,略小于未添加的1. 16 mg/min,这是因为添加2. 5%的芳纶浆粕后气压砂轮的接触仿形能力变小,接触面积减小,而接触力未有大幅度地提高,导致出现材料去除率反而减小的特殊现象。当添加的比例增加后,接触面积变化的幅度很小,但是接触力却大大提高,最终导致材料的去除率又重新增大,并远超过1. 16 mg/min,达到1. 67 mg/min,材料去除效果较为显著,由此验证了复合气压砂轮光整的高效性。
利用显微成像系统得到的模具光整前、后的表面形貌如图6 所示。
通过对上述试验组的对比可以得出结论: 针对表面激光强化处理的高硬度Cr12 模具,通过添加质量百分数超过3. 3% 的芳纶浆粕短纤维后,可以获得较高的光整效率,与仿真结果中的接触应力特性相验证,其中材料去除率可以提高50% 以上,但是对于模具表面粗糙度不会产生较大的影响。
4结束语
为解决利用气压砂轮激光强化模具过程中,由于高频小幅振动及长时间交变应力作用引起气压砂轮基体产生细微裂纹的问题。通过有限元仿真软件,本研究对芳纶浆粕增强复合气压砂轮的模态与光整中的接触区域应力分布特性的数值进行了分析,验证了通过添加短纤维方法改善气压砂轮抗振性与接触应力分布均匀性的可行性; 并且得出结论: 当添加质量分数为3. 3% 的芳纶浆粕时,可以兼顾复合气压砂轮仿形接触能力与应力分布的均匀性。
最后,通过光整加工试验的对比,本研究验证了复合气压砂轮对高硬度模具具有高效光整的可行性,能够较好地满足激光强化曲面模具的光整加工。
摘要：为了提高气压砂轮针对激光强化模具的光整效率,解决加工过程中高频小幅振动及长时间交变应力作用引起的气压砂轮基体产生细微裂纹的问题,设计了芳纶浆粕(PPTA-pulp)增强丁苯橡胶的复合气压砂轮基体。通过对标准试样的轴向拉伸试验,得到了复合气压砂轮基体的应力—应变关系和弹性模量,利用ANSYS/LS—DYNA有限元仿真软件对复合气压砂轮的模态与应力分布特性进行了数值仿真,得到了各阶模态的频率与接触应力分布曲线;通过激光强化Cr12模具的光整加工试验,验证了仿真的正确性。研究结果表明,随着芳纶浆粕含量的增加,复合气压砂轮各阶频率得到了显著提高,且应力分布均匀性变好,提升了对高硬度、高耐磨性模具的高效加工能力;当添加3.3%的芳纶浆粕时,兼顾了仿形接触能力和应力分布的均匀性,因而能较好地满足激光强化曲面模具的光整加工。