液壓油缸緩沖裝置設計的探討

楊永福　魯　超（卡特彼勒（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450103）

液壓油缸緩沖裝置設計的探討

楊永福魯超
（卡特彼勒（鄭州）有限公司，河南 鄭州 450103）

液壓油缸作為液壓支架中非常重要的組成部分，通過液壓沒缸活塞運動速度來提高生產效率，但隨著液壓油缸活塞運動速度的加快，會對缸底產生較大的撞擊力，從而對液壓支架的正常性能帶來較大的影響，所以需要設計一個合理的緩沖裝置，從而減小活塞運動過程中所對缸底帶來的撞擊力，盡可能的降低對液壓支架正常的使用性能的影響。文中從液壓油缸緩沖結構的簡述入手，分析了常用的緩沖結構，并進一步對緩沖裝置的優化設計進行了具體的闡述。

液壓油缸；緩沖結構；優化設計

1 緩沖結構簡述

在當前液壓支架液壓油缸中，最為常用的緩沖裝置是通過緩沖柱塞及節流閥來確保固定節流的實現。主要以緩沖閥、節流口、單向進油口、端蓋、單向閥、緩沖腔、緩沖柱塞、活塞等八個部分為主。在液壓油缸工作過程中，緩沖活塞進入到緩沖腔中，這時緩沖腔內的油液針流入到節流口內，然后排入，從而在腔內形成一定的緩沖壓力，有效的確保了活塞運動速度的降低，確保了緩沖目的的實現。

2 常用的緩沖結構

2.1 采用固定節流方式的緩沖結構

設定在理想狀態下，不對油液的不可壓縮性和粘性阻尼進行考慮，來對固定節流方式的緩沖裝置進行數學建模，可以發現，當液壓油缸在加壓力和負載共同作用下時，活動速度較高，而當浸入到緩沖裝置時，緩沖會產生較大的負的加速度，在緩沖腔中形成較大的壓力，所以對于固定節流方式的緩沖結構在低速及輕載的簡單油缸內具有較好的適用性。當對緩沖縫隙寬度進行增大時，可以降低腔內的壓力峰值和緩沖負加速度，從而增大緩沖形式，有利于緩沖時間的延長。所以為了能夠有效的確保固定節流方式緩沖結構的不足之處，在對緩沖結構進行調劑地，可以將節流面積設計為較大值，這樣在緩沖進行過程中，緩沖結構的節流面積會逐漸減少，從而使腔內的壓力平緩進行過渡，保持腔內的壓力的平穩性。這樣固定節流緩沖結構活塞在運動時則會平穩的進行減速。這就需要在設計時要漸變節流緩沖結構，從而達到節流面積隨緩沖的進行而改變。

2.2 采用漸變節流方式的緩沖結構

漸變節流方式的緩沖結構主要有四種形式，即梯形節流、拋物線形節流、錐形節流和笛形節流，通過利用汽漸變節流方式的緩沖結構可以有效的降低加速度，減小緩沖沖擊力，對于提高緩沖的效果具有非常重要的作用。

當采用階梯形節流緩沖結構時，由于這種結構制動時間比較短，當柱塞進入到緩沖孔后，其活塞的速度則會快速降低，而且在緩沖過程中，柱塞和緩沖孔的縫隙則會變小，從而緩沖速度和壓力也會減小。但這種結構往往在緩沖開始時具有較大的壓力，導致活塞受到較大的沖擊，所以階梯形節流緩沖結構在一些速度較低而且需要承受較大沖擊的簡單工況上具有較好的適用性。

拋物線節流結構由于其可以在工況要求較高的條件下進行適用，在結構加工上具有復雜性，所以在設計時需要重視參數的設置，從而確保能夠得到較為平穩的緩沖壓力。

液壓油缸圓錐緩沖節流裝置上有非常廣泛的應用，其內部的柱塞和緩沖孔之間的間隙隨著緩沖形成的進行而漸變的，具有非常好的壓力峰值，特別是當柱塞浸入到緩沖孔內部時，則會產生較大的壓力峰值，然后壓力峰值會快速降低。

在一些振動要求小及活塞速度要求較高的工況中適用于笛形緩沖結構，由于在笛形緩沖結構內部設有阻尼孔，而且當緩沖行程增加時，緩沖孔也會隨之減少，流通面積變小，這種結構無論是減速度還是緩沖壓力都較為理解，但在結構加工過程中對精度具有較高的要求。

3 緩沖裝置的優化設計

3.1 緩沖裝置進行模型化設計

液壓油缸緩沖裝置可以采用節流式緩沖裝置模型，是一種可調節的緩沖裝置。這種緩沖裝置的設計原理為：緩沖塞在外力的作用下，進入緩沖腔內，使得腔內的油液流入節流口，然后流出。其中，緩沖裝置中的活塞端通常是由緩沖柱塞構成的，上面設有緩沖內孔，當柱塞進入到內孔后，缸蓋將會在節流閥的位置排出，給活塞的運動帶來了一定的阻力，減慢了活塞的運動速度。通過改變節流口的開度，可以控制活塞的緩沖程度，單向進油口與單向閥相連，控制活塞的向右運動，此外，還設有一個在高壓力的限制閥，保證緩沖腔內的壓力不能超過額定壓力值。

3.2 控制距離及速度

在優化設計液壓油缸緩沖裝置的控制距離及速度時，首先，假設所有的運動部件都是質點，形成一個研究的質點系，將以下物理量設置為已知量：制動前活塞的運動速度、進油腔有效面積、活塞直徑、所受到的壓力、緩沖柱塞直徑和緩沖腔有效接受面積，制動前活塞會受到重力、摩擦力和負載力。一般情況下，緩沖裝置中運動部件受到較大的作用力，為了簡化問題，可以將重力、摩擦力和負載力設為總的負載力。在分析緩沖柱塞在某個位置的距離與速度時，可以利用動能微分方程計算出總的負載力的大小。

3.3 最小緩沖容量設計

在液壓油缸設計過程中，當其緩沖裝置的緩沖形成越大時，則其所能達到的緩沖效果則會越好。在實際設計時，則會將柱塞的緩沖形成設為一個固定值，這樣在對緩沖腔的面積增大時，則會有效的提升緩沖效果。這就需要在設計過程中，需要對液壓油缸緩沖裝置的緩沖腔面積和柱塞的直徑進行合理設計，從而確保達到最佳的緩沖效果。液壓油缸緩沖容量的設計需要考慮的因素較多，需要通過對工況質量的具體情況進行計算后，來對柱塞的長度和緩沖腔的面積進行確定，并進一步確保達到最佳的緩沖效果。

結語

液壓支架中液壓油缸緩沖裝置的應用，不僅可以有效的降低沖擊過程中給油缸帶來的不良影響，而且能夠延長油缸的使用壽命。目前較為常用的液壓油缸緩沖結構分別為固定節流方式的緩沖結構和漸變節流方式的緩沖結構，無論在哪種緩沖裝置結構進行設計時，都需要對設計進行優化，采用模型化設計，從而達到有效的控制距離和速度，確保緩沖容量的合理性，從而達到最佳的緩沖效果，這對油缸工作性能及液壓支架作用的有效發揮都具有極為重要的意義。

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