液压制动系统缓冲性能研究

　　滑轮传动设备的末端要连接液压制动系统，正常工作状态下工作活塞随着钢索的运动而运动，二者之间保持动态平衡. 这样可以使传动钢丝绳保持张紧状态，保证传动系统有效的运行. 而当传动系统停止运动时液压缸活塞构件必须要进行适当的制动和缓冲，避免产生因活塞部件的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖之间的机械撞击，使整个系统平稳，系统模型如图1 所示。

　　制动系统在控制液压缸的回路上安装了节流阀使油缸的油液通过节流孔流出，以达到缓冲的目的.同时，当缓冲塞插入缓冲腔孔口中后，使活塞与油缸端盖之间形成封闭空间，封闭空间中油只能从节流小孔或柱塞和排油孔之间的节流环隙中流出，从而在封闭空间造成高压，以抵抗惯性力及其他外力的作用而实现缓冲. 可见油缸通过节流阀以及内部结构设计可以实现多级缓冲，使活塞的动能转化为热能，热能则由循环的油液带出到液压缸外.

　　1 缓冲过程分析

　　在缓冲过程中，出油口内外腔之间的压力差可以忽略，认为两腔之间的压力是相同的. 当缓冲活塞距离缓冲腔较远时，活塞与缓冲腔之间不形成节流作用，油液在出油口流经节流阀流出液压缸，此时只有节流阀起到缓冲作用(图2 - a). 节流阀的流量方程为

　　A为小孔的过流面积，为油液密度，C_d1为小孔的流量系数.

　　当缓冲活塞离缓冲腔比较近时(图2 -b)，活塞边缘和孔的边缘要形成锐缘节流，其流量方程[2，3]:

　　C_d2为锐缘节流的流量系数，x_m为缓冲开始活塞距离缓冲腔的距离，δ1为缓冲孔与活塞之间的间隙，d₂为缓冲腔直径.当圆锥形的活塞进入缓冲腔时，活塞与缓冲腔之间此时形成间隙节流，其流量方程[4]:

　　相关文献给出了确定缓冲活塞和缓冲腔之间锐缘节流到缝隙节流过渡的一种方法，即通过缝隙节流计算的流量小于等于锐缘节流计算的流量即可认为进入缝隙节流，忽略活塞运动所增加的流量，其判断表达式:

　　不考虑流体的可压缩性，则油缸内流体流动的连续方程:2Q = A1v，A1为活塞有效截面积，v 为活塞的运动速度.

　　2 运动模型的建立

　　滑轮传动过程是一个耦合的多体运动问题[5]，基于拉格朗日方程可以推导出传动过程中的运动模型，图1 已经给出了运动的各个自由度，总体能量方程为:

　　动能:

　　m_L1为L₁段钢丝绳质量，m_L2为L₂段钢丝绳质量，m_L3为L₃段钢丝绳质量，M 为滑轮等效质量，Mh为活塞运动组件质量.