一种新型液压阻尼器设计、建模与仿真

　　引 言

　　液压阻尼器是一种用来延长负载作用时间, 限制负载速度、位移, 以及吸收并转化能量的装置。在诸多高速液压系统中, 液压缸活塞或者被执行件运行速度往往高达>10m/s, 这样就会产生强大的冲击压力、噪声、甚至机械碰撞, 所以在结束运动前必须做适当的缓冲和制动使系统工作平稳, 避免强烈撞击和振动, 从而防止损坏传动部件, 降低噪声, 提高系统的工作性能和寿命[1]。

　　通常的缓冲制动方式有: 弹簧缓冲、气动缓冲、液压伺服阀主动控制和液压缓冲阻尼器被动控制等。其中弹簧缓冲将不可避免反弹现象, 并产生持续振荡, 总体制动时间长; 气动缓冲和液压伺服阀.

　　1 盘状间隙结构液压阻尼器原理

　　主动控制方式制动功率较低; 液压缓冲器被动控制方式吸收能量大, 缓冲过程平稳和无反弹现象, 因此得到了广泛应用[2-5]。但传统的液压阻尼器被动控制仅可用来实现制动, 不具有对制动波形和制动时间的可控性, 导致在某些特殊情况下不能满足制动要求。尤其在日益发展的军事领域, 为了模拟真实的爆炸环境, 产品试验中的严酷度不断提高[6,7]。因此, 对缓冲制动装置提出了愈来愈高的要求,不但要求缓冲阻尼装置有足够大的制动功率, 而且还可实现对制动波形的可控性。基于此, 本文设计了一种新型的盘状间隙结构液压阻尼器 ( 图1 所示), 通过调节盘状间隙通道及相关结构参数, 实现对制动波形和制动时间的可控性, 从而满足不同应用场合的需要。

　　2 数学模型[8,9]

　　表1 盘状结构液压阻尼器仿真参数表以制动开始为坐标零点, 建立液压阻尼器数学模型。假设: ① 不考虑介质重力和液压阻尼器内的摩擦力, ② 忽略介质温度变化引起的粘度变化。

　　2.1 流量方程

　　活塞运动引起的总流量:

　　式中, D1为阻尼缸活塞直径, D2为活塞杆直径, xp为阻尼缸速度。

　　活塞与缓冲环间形成锐缘节流流量:

　　通过活塞与缓冲环的缝隙泄漏为:

　　由于油液的压缩性引起的流量:

　　2.2 压力损失方程

　　液体缓冲过程中的压力损失主要有突缩损失和沿程损失两部分组成。由于活塞运动速度较快,缝隙和盘状间隙的流动均为紊流, 突缩损失为主要损失, 由于面积突缩引起的压力损失为:

　　式中: 阻力系数, 收缩截面处介质近似流速, 盘状间隙横截面积 afp=πD1h,h 为盘状间隙高度。

　　盘形间隙的沿程损失为[9]: