高速液压缸缓冲装置设计与分析

　　引言

　　高速液压缸工作时,活塞终端速度可以达到5 m/s以上,若直接与端盖相撞,在惯性力和液压力的作用下,不但会损坏端盖,而且会产生较大的冲击载荷,对系统产生不利的影响。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。经典的缓冲装置(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,从而使被封闭的油液,产生适当的缓冲压力作用在活塞的排油侧上,与活塞的惯性力相对抗,从而达到减速制动的目的。

　　然而经典的缓冲结构有如下不足之处:①针对单活塞杆无杆腔设计的,不能用于有杆腔一侧,只能实现单程缓冲;②缓冲装置作用在端部,当缓冲行程较大时,液压缸质量增大;③液压缸高速运动时,排油腔内峰值缓冲压力很大,致使缸筒壁厚增加,液压缸质量增大。

　　1　高速液压缸缓冲装置设计

　　1. 1　结构设计

　　高速液压缸缓冲装置如图2所示为,主要由液压缸体、活塞、挡块、活塞杆、固定螺母、复位弹簧组成。其中活塞杆有四个台阶轴用来放置和固定活塞和挡块,螺母将活塞与活塞杆固定于一体。挡块为圆锥形,所以过流面积不断变化。

　　工作原理:当活塞杆走到行程末端时,挡块3被液压缸端部限位停止运动,而活塞2、活塞杆4,固定螺母5继续向前运动,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构尺寸或结构形式,达到符合要求的缓冲效果。

　　1. 2　缓冲装置计算

　　假设:油液不可压缩,节流系数Cd恒定,流动状态是紊流,缓冲过程中进口压力不变;密封件摩擦阻力相对于惯性力很小,可忽略不计。

　　在缓冲制动情况下(如图3所示),液压缸活塞的运动方程为:

　　在一般情况下,出口压力p2≈0。由流量方程Q =可知:

　　式中:pc———缓冲腔内的缓冲压力(MPa)

　　A———腔内的有效作用面积(m²)

　　p₁———进口压力(MPa)

　　A₁———工作腔活塞的有效作用面积(m²)

　　R———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“+”号,反之则取“-”号;