摘 要

在各种现代设计系统中，气缸是运用最为广泛的一个元件，具有制造成本低、工作过程简单、性能稳定等一系列优点，在自动化系统 、机器人、 汽车等一系列领域中广泛应用。然而，在气缸工作过程中由于使用时间过长 、使用强度较高等各综合因素的影响，气缸会有一定几率产生疲劳失效或者破坏现象，从而影响气缸的使用寿命以及整个系统的可靠性。因此，在工业设计中气缸冲击疲劳有关的寿命测试便显得尤为重要。

疲劳破坏是由于长期的循环应力或交变应力对金属零件或材料的累积损伤造成的现象。疲劳破坏是长时间交替荷载作用下机械零件和工程部件的主要形式。随着科学的发展，人们对疲劳破坏现象的研究越来越深入，形成了一系列疲劳寿命试验方法和改进办法。

本文根据气缸冲击疲劳试验的试验要求，设计了气缸疲劳破坏试验方案，设计并开发了基于LabVIEW的气缸冲击疲劳试验平台。从学习试验方法的讨论出发，建立了试验方法，并进行了试验设计，并建立了气缸冲击疲劳试验的启动回路，用于即将到来的试验。气缸用于测试冲击疲劳。

本文分析和设计了试验台、气动系统和电子控制系统三个方面，它包括气动系统的控制与实现、控制系统方案的设计与实现 、电气图的设计 、硬件的选择和控制程序的编写等。

关键词：气缸；气缸冲击疲劳测试；LabVIEW；疲劳破坏

Abstract

Among various kinds of modern design system， cylinder is one of most widely used components， which has low manufacturing cost， simple process， stable performance and a series of advantages， in the field of automation system， robot， car， and a series of fields in a wide range of applications. However， due to the use of time in the working process of the cylinder， high intensity of use of the comprehensive factors， can have a chance to produce cylinder fatigue failure or damage phenomenon， which affects the service life of the cylinder， and the reliability of the whole system. Therefore， it is very important to test the fatigue life of cylinder impact fatigue in industrial design.

Fatigue failure refers to the fracture phenomenon caused by the cumulative damage of metal parts or materials due to the long-term effects of cyclic stress or alternating stress. Fatigue damage is the main form of mechanical components and engineering components that bear alternating loads for a long time. With the development of science， people's research on the phenomenon of fatigue damage is getting deeper and deeper， and a series of test methods and methods of fatigue life have been formed.

Cylinder impact fatigue test， the author of this paper the test requirements of cylinder fatigue failure test scheme design， design and develop a cylinder impact fatigue test platform based on LabVIEW， learn from talking about test method， test method after the expansion design of experiment， and set up the cylinder impact fatigue test the circuit， used to be put into use of cylinder impact fatigue test.

Based on the experimental platform, pneumatic system and electrical control system from three aspects to carry on the analysis and design, including pneumatic system control and implementation, design and implementation of the control system, electrical diagram design, hardware selection, control programming, etc.

Key Words: Cylinder; Cylinder impact fatigue test; Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench；Fatigue failure

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 论文的研究背景 1

1.2 论文研究的目的和意义 2

1.3 论文的主要研究内容 2

第2章 气缸冲击疲劳寿命介绍 3

2.1 试验气缸的结构 3

2.2气缸疲劳的产生 4

第3章 气缸冲击疲劳测试平台设计 5

3.1气缸冲击疲劳测试平台总体设计 5

3.2气缸冲击疲劳测试平台的硬件设计 6

3.2.1试验回路的选择 6

3.3气缸冲击疲劳测试平台的软件设计 10

3.3.1登录管理模块 11

3.3.2电磁阀驱动模块 11

3.3.3位移采集与处理模块 12

3.3.4气缸失效自诊断模块 12

3.3.5报表输出模块 13

3.3.6气缸分组控制 14

3.3.7故障点类型判断 15

第4章 系统测试及结果 16

4.1测试方法 16

4.1.1定期性能测试 16

4.1.2 连续疲劳寿命测试 17

4.2测试结果 17

第5章 总结 18

5.1 论文总结 18

5.2 工作小结 18

参考文献 20

致 谢 22

第1章 绪 论

LabVIEW是一种图形编程语言的开发环境，使用图标来代替文本行来创建应用程序，在行业 、学术界和研究实验室被广泛接受，并被用作数据收集软件和仪器控制工具。它能最充分地利用计算机的功能。强大的数据处理功能使用户能够根据自己的定义和需求定义和制造各种设备。气缸作为气动系统的应用部件，应用是广泛的，其有用的生命直接影响整个系统的稳定性和安全性。因此，在工业设计中气缸冲击疲劳有关的寿命测试便显得尤为重要。但由于工作条件复杂，加载条件不同，预测气缸工作寿命仍存在一定困难。因此，我们需要找到一种有效的方法来预测气缸的疲劳寿命。

1.1 论文的研究背景

气动技术作为现代生产自动化中传动与控制的重要技术，有着十分广泛的应用和发展前景，它是把筒形构件内的气体作为系统的工作介质进行能量和信息的传递。在汽车、航天、工业生产等领域都广泛地使用到了气动技术。

自18世纪工业革命以来，世界上最大的工业国家一直在努力开发空气动力和气动产品且已获得了大量成果。据统计，在苏联解体前，其强大的工业自动化设备有50%是通过气动传输技术实现的。机械工业的快速发展是在1975年，且气动元件的生产和销售是高速增长，传统机械部件的平均增长率超过1.5倍，这是液压驱动和电力驱动所不能达到的。在日本，气动产品的销售量在10年增加了4.1倍，而日本的工业自动化水平显著提高。可以看出，工业能源开发水平的一个重要指标是行业内使用的空气动力技术水平。

我国的气动工业发展起步较晚，起点较低，在国家重点投入不足的发展过程中，国家基础工业和相关产业水平较低，经历了长期的低水平和缓慢的封闭发展过程。在20世纪90年代，随着国家开放和现代化建设速度的加快，我们越来越多地接触外国了先进的商品和技术。工业的发展进入了快速的阶段，气动技术的应用领域也越来越多。经过30多年的发展，尽管气动行业目前在我国已经取得了巨大的进步，但这仍然是一个小行业，在生产规模和技术水平上，依旧不能满足日益增长的市场需求和现代化的要求，同国际先进水平仍有不小的差距。

气缸是一种圆柱形金属构件，它引导活塞以直线的方式往复运动。工作物质通过发动机气缸的膨胀将热能转化为机械能。压缩机气缸内的气体被活塞压缩，增加了压力。在自动化中，气缸是最广泛使用的部件，具有结构简单、制造成本低、移动速度快等一系列优点。

疲劳失效在工业过程中非常普遍。据统计，机械零件损伤的50%至85%属于疲劳失效。产品的疲劳寿命是各种现代设计中最重要的因素之一。在任何材料疲劳损坏情况下，必须将材料考虑到设计过程和工件的寿命中，必须对预测进行疲劳寿命试验，以避免对财产和人身伤亡事故造成不必要的损害。

1.2 论文研究的目的和意义

由于气缸是气动系统，机构以机械结构为主，在交变载荷作用下工作的大部分时间，其性能好坏直接影响到气动系统的工作性能和可靠性。目前，大部分气缸在工业过程中都需要告知操作，所以对换向速度的要求较高，对气缸的影响更大。而疲劳失效的风险在于它的隐蔽性和突然性，通常在结构中，当突然的故障发生以及失效时，其疲劳寿命无法预警，由此造成的损失是不可估量的。因此，研究气缸冲击疲劳寿命具有重要意义。

然而，由于复杂的工作条件和变化的负荷条件，在预测气缸的使用寿命方面仍然存在一些困难。通常，通过构建气动测试平台疲劳试验测试的周期相对较长(最短的气缸寿命试验也要超过20天)，甚至数年。因此，我们需要找到一种有效的方法来进行气缸的冲击疲劳测试。这对于气缸的使用、维护、寿命等方面具有重大意义。

1.3 论文的主要研究内容

本文的主要研究内容包括以下几个方面：

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