液壓油缸緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計

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1、液壓油缸緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計韶關(guān)市偉光液壓油缸有限公司廣東韶關(guān)512000液壓油缸緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性關(guān)系到液壓系統(tǒng)的正常使用性能及使用壽命，研究液壓油缸的緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計具有重要的現(xiàn)實意義。木文分析液壓油缸前腔緩沖的結(jié)構(gòu)及原理，對液壓油缸緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了詳細的介紹，建立了緩沖仿真模型，并通過對比確認了仿真模型的準確性，為液壓油缸緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考?！娟P(guān)鍵詞】液壓油缸；緩沖結(jié)構(gòu)；設(shè)計0引言隨著我國工程施工行業(yè)的不斷發(fā)展，工程施工條件H益復(fù)雜，對工程機械的使用性能也提出了更高的要求。液壓挖掘機作為工程施工中的重要機械之一，其性能直接關(guān)系到工程施工的質(zhì)量及效率。而液壓油缸作為液壓挖掘機中非

2、常重要的組成部分，對其緩沖結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，避免產(chǎn)生強烈撞擊和振動，確保工程施工中機械的安全、穩(wěn)定運行具有十分重要的意義?；诖耍P者進行了相關(guān)介紹。1油缸前腔緩沖前腔緩沖是指在油缸有桿腔與出口之間設(shè)置面積連續(xù)減小的通流流道，通過油液節(jié)流阻力建立緩沖壓力，降低活塞桿運動末端速度。1.1前腔緩沖結(jié)構(gòu)以某型液壓挖掘機油缸為例，圖1所示為其前腔緩沖結(jié)構(gòu)簡圖。在活塞桿靠近活塞一側(cè)套裝緩沖套，緩沖套靠近導(dǎo)向套一側(cè)設(shè)計緩沖斜面，導(dǎo)向套設(shè)計軸向節(jié)流孔。緩沖套和導(dǎo)向套的配合間隙與導(dǎo)向套的節(jié)流孔共同構(gòu)成緩沖階段，油缸有桿腔與油缸出口之間有一可變節(jié)流油道。1.2前腔緩沖原理在活塞桿伸出過程中，汕

3、缸奮桿腔中的汕液經(jīng)導(dǎo)向套與活塞桿之間的流道流向出U，當緩沖套進入導(dǎo)向套時，奮桿腔汕液經(jīng)導(dǎo)向套和緩沖套的配合間隙與導(dǎo)向套上軸向節(jié)流孔流向出口，緩沖套斜面截面積隨活塞桿向左移動而逐漸減小，配合間隙對汕液的阻力作用越大，活塞桿的伸出速度逐漸減小。緩沖過程中，由于節(jié)流阻力作用，有桿腔中緩沖壓力較高，若緩沖結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，極易造成緩沖壓力超過設(shè)定值，嚴重時會出現(xiàn)撞缸現(xiàn)象并造成結(jié)構(gòu)損壞。為在設(shè)計階段準確預(yù)測汕缸緩沖性能，優(yōu)化緩沖結(jié)構(gòu)參數(shù)，筆者通過CFD分析方法對汕缸前腔緩沖性能進行仿真研宄。2緩沖仿真模型建立緩沖套開始進入導(dǎo)向套的位置為緩沖開始位置，取導(dǎo)向套、活塞桿、緩沖套、活塞和缸簡之間

4、的油液為研究對象，圖2所示為緩沖結(jié)構(gòu)流體域幾何模型。2.1ICEM網(wǎng)格劃分網(wǎng)格是影響仿真結(jié)果的重要因素，F(xiàn)LUENT仿真中所采用的網(wǎng)格可分為結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格可以提高收斂精度，且冇利于動網(wǎng)格的設(shè)置，通過ICEM對幾何模型進行塊結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，得到質(zhì)量為0.7以上的網(wǎng)格，如圖3所示。仿真之前要對網(wǎng)格進行無關(guān)性檢驗，首先對模型進行穩(wěn)態(tài)仿真，記錄仿真壓力，然后設(shè)置較小的網(wǎng)格尺寸，重新進行網(wǎng)格劃分，最后進行穩(wěn)態(tài)仿真，記錄仿真壓力。當增加網(wǎng)格數(shù)量、而仿真壓力值變化很小時，可采用當前網(wǎng)格進行FLUENT動網(wǎng)格仿真。2.2動網(wǎng)格輸入條件計算為對汕缸緩沖結(jié)構(gòu)進行CFD動M格仿

5、真，需要準確計算汕缸運動速度并作為輸入條件，依據(jù)挖掘機工作裝置各鉸點尺寸、油缸尺寸、質(zhì)心坐標及工裝裝置質(zhì)量對汕缸進行受力分析，根據(jù)轉(zhuǎn)矩平衡方程，求得汕缸在緩沖過程中所受的負載力。求得油缸負載力后，運用牛頓第二定律、能量守恒定律分析緩沖過程的運動特點，得到活塞的動態(tài)力平衡方程：(1)油缸緩沖腔流量連續(xù)方程：(2)式中：m為活塞和負載折算到活塞上的總質(zhì)量；x為活塞位移；Ps為油缸大腔壓力；As為活塞面積；Pl為油缸緩沖腔壓力；A1為油缸緩沖腔冇效面積；Bp為黏性阻尼系數(shù)；F為負載力；q為緩沖腔流量；VI為緩沖腔的容積；K為油液體積彈性模量。根據(jù)緩沖套結(jié)構(gòu)特點，對緩沖過程進行分析，將

6、緩沖過程分為3個階段:第一階段為緩沖起始階段，節(jié)流孔、緩沖套的圓錐面起緩沖作用；第二階段，緩沖套上的3個斜平面開始進入緩沖，節(jié)流孔、緩沖套的圓柱面與導(dǎo)向套之間的環(huán)形配合間隙、緩沖套上的3個斜平面與導(dǎo)向套之間的間隙起緩沖作用；第三階段為緩沖過程末端，節(jié)流孔、緩沖套的圓柱面與導(dǎo)向套之間的環(huán)形配合間隙起緩沖作用。對某型號挖掘機油缸3個緩沖階段進行仿真分析，得到緩沖速度隨緩沖吋間的變化關(guān)系曲線，如圖4所示。3FLUENT求解將網(wǎng)格模型導(dǎo)入FLUENT求解器中，設(shè)定流體域為HM46液壓油，溫度為50°C。設(shè)置入口條件、出口條件、區(qū)域運動和網(wǎng)格變形，如圖5所示。動網(wǎng)格設(shè)置吋，需將速度變量編

7、號到FUJENT解算器中的UDF程序上，常見的UDF有3種，筆者采用的是用來控制剛體運動的UDF,通過計算得出的緩沖速度隨緩沖吋間的變化關(guān)系編寫編譯型UDF，實現(xiàn)仿真過程中的區(qū)域運動和邊界運動。網(wǎng)格變形類型設(shè)置為Layering，根據(jù)變形面的網(wǎng)格尺和緩沖吋間，設(shè)置合適的仿真步長和仿真吋間，運行仿真。通過仿真獲得緩沖壓力變化曲線，將仿真結(jié)果與實測結(jié)果進行對比，如圖6所示。仿真緩沖壓力與實測緩沖壓力變化趨勢相同，誤差在6MPa以內(nèi)。所建立的FUJENT動態(tài)網(wǎng)格仿真模型準確可信。4某新型號液壓油缸