一种液压缸缓冲结构设计

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1、液压与气动2012年第5期一种液压缸缓冲结构设计张雷DesignoftheCushionstructurefortheHydraulicCylinderZHANGLei(中国空空导弹研究院，河南洛阳471009)摘要：该文介绍了一种液压缸缓冲结构及其工作原理，对其进行了仿真计算，最后通过试验验证了该缓冲结构的有效性。关键词：缓冲结构；活塞速度；试验中图分类号：TH137文献标志码：B文章编号：1000-4858(2012)05-0040-030引言活塞、挡块、活塞杆、固定螺母、复位弹簧组成。其中活液

2、压缸工作时，活塞终端可以达到较高速度，若直塞杆有四个台阶轴用来放置和固定活塞和挡块，螺母接与端盖相撞，在惯性力和液压力的作用下，不但会损将活塞与活塞杆固定于。一体。挡块为圆锥形，所以过坏端盖，而且会产生较大的冲击载荷，对系统产生不利流面积不断变化。的影响。液压缓冲装置可使活塞在到达行程终端时减速到零，消除活塞与端盖之间的机械撞击。传统的缓冲装置(如图1)工作原理是活塞到达行程终端之前的一定距离内，设法把排油腔内油液的一部分或全部封闭起来，通过节流小孔(或缝隙)排出，56从而使被封闭的油液，产生适当的

3、缓冲压力作用在活1．液压缸体2．活塞3．挡块4．活塞杆塞的排油侧上，与活塞的惯性力相对抗，从而达到减速5．固定螺母6．复位弹簧制动的目的。但存在如下不足之处：①缓冲装置作图2液压缸缓冲结构用在端部，当缓冲行程较大时，液压缸质量增大；工作原理：当活塞杆走到行程末端时，挡块3被液②液压缸高速运动时，排油腔内峰值缓冲压力很大，压缸端部限位停止运动，而活塞2、活塞杆4，螺母5继致使缸筒壁厚增加，液压缸质量增大。续向前运动，这时，活塞与挡块形成节流缝隙，活塞与挡块之间的容腔压力增加，与活塞的惯性力和作用在活塞

4、左端的液压力相对抗，从而达到缓冲的目的。根据不同的应用情况，可以方便的更换挡块的结口构尺寸或结构形式，达到符合要求的缓冲效果。1．2理论计算假设：油液不可压缩；节流系数c恒定；流动状态是紊流；缓冲过程中进口压力不变；密封件摩擦阻力相1．活塞2．缓冲柱塞3．油道4．节流阀5．后端盖对于惯性力很小，可忽略不计。6．单向阀7．缓冲腔在缓冲制动情况下(如图3所示)，液压缸活塞的图1传统的缓冲原理1缓冲结构设计收稿日期：2012-04-011．1结构设计作者简介：张雷(198O一)，男，河南洛阳人，硕士，主要

5、研究方液压缸缓冲结构如图2所示，主要由差动液压缸、向发射装置结构设计。2012年第5期液压与气动41运动方程为：负载质量m=20kg。采用两种尺寸的挡块来分析缓AlPl×10一A2p2×10±R—ap×10冲效果：挡块a端部外环直径d=39mm，块底部外环(Js×103+‰)=G面dv=一G。直径d3=39．5mm；挡块b端部外环直径d2=39．5一Inm，挡块底部外环直径d。=39．9film。仿真曲线如图4。图3缓冲结构参数在一般情况下，出口压力p一0。由流量方程Q图4活萋速度2(po-p2)x

6、lo6：CdAd-．i'~由图4可知，采用圆锥形的挡块a时，只能将活塞P速度降到6m／s；采用挡块b时，活塞速度降为2．0m／一号(彘)‘×10s，达到较好的缓冲效果。式中：p——缓冲腔内的缓冲压力(MPa)3试验验证A——腔内的有效作用面积(nl)基于该缓冲结构的设计计算，进行试验样件的加P——进口压力(MPa)工，并进行试验验证，实验装置如图5所示。，——工作腔活塞的有效作用面积(In。)——折算到活塞上的一切外部载荷，包括重量及液压缸内外摩擦阻力在内(N)，其作用方向与活塞的运动方向一致者取“

7、+”号，反之则取“一”号5——活塞在缓冲过程中的瞬时缓冲缓冲位移(m)——弹簧预压缩量(mm)k——弹簧刚度(N／mm)G——折算到活塞上的一切运动部分的重量(N)b1g——重力加速度g=9．8m／s图5实验装置图。——活塞的减速度(m／s)采用挡块b的速度位移曲线如图6所示，实验条Q——通过节流缝隙的流量(in。／s)件为系统液压压力为16MPa，Y曲为缓冲行程的开始A——节流缝隙的通流面积(in)点，所对应的为缓冲开始速度8．2m／s，为缓冲行程P——液压油密度(kg／m)结束时，所对应的为缓冲

8、结束速度1．5m／s。2仿真分析4结论假设活塞直径do=50mm；活塞内环直径d=40该液压缸的缓冲结构采用了变节流面积的缓冲形mm；缓冲行程S=18mm；弹簧刚度k=7．46N／mm；式，节流面积随行程增加而减小，且该缓冲形式结构紧弹簧初始压缩长度=5mm；进口压力P。=5MPa；出凑，关键部件结构简单，加工方便，该缓冲结构能够使口压力P：=0；开始缓冲时，活塞杆速度为V0=8m／s；速度平稳的降低到设计值，有效减少缸筒所承受的冲42液压与气动2012年第5期一种装