高速緩沖器機(jī)理探究

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1、高速緩沖器機(jī)理探究摘要通過對小質(zhì)量高速緩沖器的模型的建立，對在這類緩沖器在緩沖的過程中的各種緩沖參數(shù)選擇和計(jì)算進(jìn)行相應(yīng)的分析和討論，為高速緩沖提出了建設(shè)性的建議。關(guān)鍵詞高速緩沖器；模型；緩沖性能屮圖分類號(hào)：TP333文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671-7597(2013)24-0058-02在現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展的今天，口動(dòng)化設(shè)備及機(jī)械化設(shè)備需要高速運(yùn)動(dòng)、精準(zhǔn)的動(dòng)作；同時(shí)對設(shè)備的平穩(wěn)性、安全性要求也更加苛刻。緩沖器作為大型設(shè)備上或高速自動(dòng)化設(shè)備上的安全緩沖部件或者是執(zhí)行部件，所起到的作用也越來越重要了。在眾多的緩沖器種類屮，液壓緩沖器因

2、其具有緩沖容量大、緩沖平穩(wěn)和反彈力較小的特點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在重型機(jī)械設(shè)備、鋼鐵設(shè)備及港口機(jī)械上，隨著液壓緩沖技術(shù)的成熟和發(fā)展，緩沖器應(yīng)用的領(lǐng)域也在不斷地拓寬。冃前，在緩沖器的機(jī)理和特性研究方面，國內(nèi)外的研究人員對緩沖器采用了許多的模型和很多的分析手段，其目的是分析不同因素和參數(shù)對緩沖器的影響。但是很多是對現(xiàn)有的產(chǎn)品進(jìn)行分析，分析的產(chǎn)品的緩沖速度以常規(guī)為主。在高速緩沖器方面的論述不多，較為流行的是雙級(jí)緩沖器，采取不同腔體的壓力，進(jìn)行順序緩沖，以增大緩沖行程，但是此種緩沖器只是針對大質(zhì)量，低速度的緩沖。對于載荷質(zhì)量小、高速度的工況

3、下，研究和分析的不多。木文針對質(zhì)量小、高速度的緩沖器，根據(jù)流體力學(xué)和熱力學(xué)的理論基礎(chǔ)出發(fā)，建立了動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型，并分析了在緩沖過程中，緩沖力的組成,并對緩沖器的緩沖參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行了分析討論。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了理論和方法的正確性，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。1液壓緩沖器結(jié)構(gòu)和工作原理1-撞頭；2-活塞桿；3-外缸；4-內(nèi)缸；5-活塞圖1緩沖器結(jié)構(gòu)簡圖緩沖器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。緩沖器由撞頭1,活塞桿2,外缸3,內(nèi)缸4,活塞5組成。當(dāng)物體撞擊撞頭時(shí)，活塞桿被壓縮，此時(shí)在活塞和內(nèi)缸上的阻尼孔使活塞右端的油流出進(jìn)入左腔內(nèi)時(shí)，產(chǎn)生了緩沖力，同時(shí)因油

4、流經(jīng)小孔時(shí)流速較大，產(chǎn)生紊流，使油的內(nèi)能增加，將撞擊物體的動(dòng)能直接轉(zhuǎn)換為油的內(nèi)能，在油室的上腔留有部分氣體，在緩沖過程屮，因壓縮體積變小，導(dǎo)致氣體因壓力過大，溶于液壓油中，增加了液壓油的壓縮性,大大減小緩沖器的剛性，使緩沖過程更加柔和，使緩沖器具有更好的緩沖性能。2緩沖器模型建立和緩沖力分析2.1初始碰撞在物體碰撞到物體時(shí)由于緩沖器的作用，實(shí)現(xiàn)的是非彈性碰撞，亦即在碰撞時(shí)兩者粘在一起。經(jīng)過碰撞Z后的物體與撞頭、活塞桿、活塞一起以共同的速度繼續(xù)前進(jìn)，經(jīng)過此次碰撞，緩沖能量產(chǎn)生一次損失。2.2撞擊時(shí)的動(dòng)態(tài)模型在完成了初始撞擊之后，液壓

5、油因被壓縮，在油流經(jīng)阻尼孔的時(shí)候，形成了緩沖力，這個(gè)過程較為復(fù)雜，英系統(tǒng)模型如圖2所示。圖2緩沖器活塞桿運(yùn)動(dòng)分析圖圖中，ml是撞擊物體質(zhì)量，m2是活塞桿整體的質(zhì)，速度為撞擊之后共同的速度，活塞缸具有阻尼的作用，PA是活塞上作用的緩沖力。根據(jù)模型，建立其相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)模型方程。?(1)在緩沖的過程中，作用在活塞上的壓強(qiáng)為油壓和氣體被壓縮產(chǎn)生的壓強(qiáng)，因此緩沖器對撞擊物體的緩沖力為阻尼孔產(chǎn)生的阻尼力和壓縮氣體的反彈力。在物體撞擊的過程中，液壓油經(jīng)過活塞上的多個(gè)阻尼孔，產(chǎn)生壓力進(jìn)而產(chǎn)生阻尼，其流量與壓力之間的表達(dá)式為：F阻尼(2)其中為泄流

6、孔系數(shù)，A為活塞的受壓面積，n為阻尼孔的個(gè)數(shù)，P為液壓油的密度。在壓縮的過程中，氣體被壓縮，產(chǎn)生壓強(qiáng)的變化，導(dǎo)致作用在油面上的壓強(qiáng)的變化。在對本式的處理是減小活塞兩端的軸的尺寸，這樣由氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)變小，這個(gè)壓力差很小。(3)最終的總的緩沖力為：3緩沖器試驗(yàn)結(jié)果和結(jié)論為滿足某企業(yè)的需求，緩沖器的性能參數(shù)，沖擊質(zhì)量3kg,緩沖速度50m/s,緩沖行程不大于150mm。在緩沖方案的處理上，采用活塞桿兩端的直徑相同，總的緩沖力簡化為只與阻尼孔產(chǎn)生的力和摩擦力有關(guān)；緩沖器內(nèi)釆用46號(hào)液壓油。減小油的粘度，使緩沖力減小，以提高高速緩沖的效果

7、。經(jīng)過產(chǎn)品設(shè)計(jì)裝配后，對緩沖器的性能進(jìn)行了測試，測試內(nèi)容為緩沖器的靜態(tài)載荷曲線（見圖3）和動(dòng)態(tài)載荷曲線（見圖4）。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論。1）靜態(tài)作用下，作用在緩沖器上的緩沖力為活塞和液壓缸Z間、活塞桿和活塞固定端的摩擦力。2）物體在3m/s和5m/s時(shí)，緩沖力基本符合公式2的計(jì)算規(guī)律，說明在較小的相近速度下，泄流孔系數(shù)是基本不變的。3）在速度高14m/s的緩沖力與5m/s的緩沖力不成對應(yīng)的比例，說明在高速緩沖時(shí)，泄流孔系數(shù)急劇增大，導(dǎo)致緩沖力變小。4）試驗(yàn)設(shè)施能力不足，無法對50m/s的工件試驗(yàn)，但是可以推斷設(shè)計(jì)基本符合

8、要求。參考文獻(xiàn)[1]白鵬英，喬軍?雙級(jí)氣缸式彈射裝置內(nèi)彈道分析[J]?現(xiàn)代防御技術(shù),2007,35（4）：44-49.[2]盛世超?液壓流體力學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981?[1]李明智?新型液氣緩沖器的設(shè)計(jì)及分析[D]?大連：大連海事大