多级液压缸换级时的级间缓冲性能会对液压系统工作的平稳性及安全性产生影响。以某三级液压缸为例,采用基于动网格及UDF(用户自定义函数)的三维非稳态计算流体力学方法,并计入活塞与缸筒的摩擦力,对收回阶段的液压油流动及活塞运动特性进行计算,分析液压缸的缓冲和换级性能。结果表明:采用圆柱形缝隙节流效果明显,但单个活塞收回时间较长,存在两级活塞同时运动的情况;换级时会产生较大的压力及加速度突变,导致系统产生液压冲击和振动。模拟结果能够为多级液压缸缓冲结构的优化设计提供参考。

大型起竖装置普遍采用多级液压缸驱动,在缸体初始长度相同的情况下,多级缸较单级缸行程更长,但是其结构也更复杂。为得到多级缸的特性,基于容腔节点法建立了多级缸的运动模型,考虑润滑油膜的信息改进了Lu Gre摩擦力模型,采用迟滞因子的等效阻尼模型改进了接触力模型,完成了多级缸驱动起竖过程的仿真。多级缸换级时作用面积突变,导致压力和速度突变,产生过大的冲击,为减小换级冲击,在缸筒上布置多个缓冲小孔。仿真结果表明：采用缓冲结构后,换级时缸筒同步运动,将压力突变转化为缓变,提前将压力增大至下一级缸筒工作压力,大幅度减小了换级时的速度和加速度波动。