变节流槽缓冲效果的分析与对比研究

　　0　引言

　　液压缸的行程终端缓冲机构可使带着负载的活塞在到达行程终端时减速到零,目的是消除因活塞的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖之间的机械撞击.缓冲机构工作原理是当活塞在到达行程终端之前的一定距离内,设法把缓冲腔内之油液的一部分或全部封闭起来,使其通过节流缝隙排除,从而使被封闭的油液,产生适当的缓冲压力作用在活塞的缓冲侧上,与活塞的惯性力及负载相对抗,以达到减速制动的目的.

　　为了使缓冲过程压力平稳,缓冲机构通常采用变节流型式,即节流缝隙的通流面积设置成随缓冲过程变化型,本文将就节流缝隙为三角槽型、矩槽型、矩槽抛物线修正型三种型式的变节流缓冲机构的缓冲效果分别进行讨论.

　　1　缓冲机构分析与建模

　　变节流型缓冲机构结构型式如图1所示.图中,P1为工作腔内的供油压力;P2为缓冲腔内的缓冲压力;P3为排油压力;v为活塞缓冲速度.

　　1.1　受力分析

　　根据牛顿第二定律,在缓冲制动情况下,液压缸活塞的运动方程式为:

　　式中,A1为工作腔有效面积;A2为缓冲腔有效面积;m为活塞及运动件质量;a为运动件的减加速度.

　　1.2　缓冲压力分析

　　假设:油液不可压缩,流量系数Cd恒定,流动是紊流,供油压力不变,摩擦力忽略不计.根据流体计算公式,可知:

　　式中,ρ为液体密度;A3为节流缝隙面积.

　　假设缓冲过程活塞以匀减速方式被缓冲,则活塞的运动速度为:

　　式中,v0主活塞初始速度,为常数; s为活塞速度为v时的缓冲位移.

　　由运动学理论可知,对于匀减速运动,其减加速度为:

　　由式(6)可以看出,在整个运动过程中,缓冲腔压力P2为行程s和节流缝隙面积A3的函数,而将式(4)带入式(1),进行转换后得到缓冲腔压力P2的另一个解析式(7):

　　在设计输入确定后,式(7)为常数,即P2在整个缓冲行程内为常数,而式(6)和式(7)相等,则式(6)中分子、分母中的变量s应互相约去,即A3应是多项

　　2　节流型式效果分析

　　2.1　三角槽型

　　若节流缝隙底边为直线,通流面积为图1(a)所示的随行程变化的三角槽型,则由于三角槽的底边和高都和行程s成线性关系,根据几何关系得到式(8):

　　式中,k2为常数.

　　由式(8)可知,此种型式下A3为的比例函数,而不是的比例函数,所以此种类型的设计不能完全达到缓冲压力一致的要求,只能使缓冲压力变化平缓一些.

　　2.2　矩槽型

　　若节流缝隙底边为直线,通流面积为图1(b)所示的随行程变化的矩槽型,则矩槽的长不随行程s变化,而宽和行程s成线性关系,根据几何关系得到式(9):