高速止停緩沖器機理探究

張楠，孟麗華，王曉東

（營口職業技術學院機電工程系，遼寧 營口 115000）

高速止停緩沖器機理探究

Principle inquiry of fast stop cushioning device

張楠，孟麗華，王曉東

（營口職業技術學院機電工程系，遼寧 營口 115000）

通過對高速緩沖器的結構分析，提出高速不反彈緩沖器的緩沖方案，為高速小反彈復位緩沖的解決提出了建設性途徑。

高速；止停；緩沖器

隨著現代工業不斷的快速發展，很多自動化設備需要高速運動、精準的動作；同時對設備的平穩性、安全性要求也更加苛刻［1］。尤其是當緩沖器作為執行部件，在設備上起到既緩沖又限定機器停止的位置，此種工況緩沖器的作用就更加重要。

本文針對企業需要，對電氣開關的緩沖器進行了設計，在理論上進行分析和論證，并提出相應的結構方案，基本滿足企業的要求，具有重要的工程應用價值。

1 工況要求

南京某企業在開發斷路器時，為保證開關部件動作的準確和保護部件，在部件動作的末端安裝一個緩沖器，以滿足設備安全和工作的雙重要求。緩沖器的實際工況是：瞬間撞擊緩沖器的部件質量總重6 kg，撞擊緩沖器的速度是12 m/s，緩沖行程14 mm，同時在緩沖的過程中要求反彈很小，恢復時將6 kg部件恢復到位。在開發產品的過程當中，企業選用國外某知名品牌的緩沖器，但使用的效果不理想，工作幾次之后緩沖器出現了不同程度的損壞，同時還有反彈出現。常見的緩沖器的結構以ACE公司生產的MC75M為例，如圖1所示。

2 傳統緩沖器結構分析

圖1 緩沖器結構簡圖

緩沖器由緩沖頭、活塞桿、外缸、固定滑套、吸能海綿體、內缸、活塞和復位彈簧組成。在物體碰撞到緩沖器時，緩沖頭帶動活塞桿向活塞缸內運動，將內缸中的液壓油經內缸上的油孔排出，被滑套中的吸能海綿吸收，同時復位彈簧被壓縮。在達到緩沖行程之后，外缸里面存貯的液壓油具有一定的壓力，同時復位彈簧也因被壓縮而具有回復的反力。這兩種力量產生的反力會造成反彈。對于實際的工況，這種形式的緩沖器是不能滿足要求的。

首先，排孔的速度最大為6 m/s，在緩沖器工作時，液壓油不能及時的排出缸外，內部壓力增大，增加了反力，加大了反彈；同時因緩沖容量小于撞擊能量導致緩沖器損壞。

3 高速緩沖器結構分析

目前，對于緩沖速度高于6 m/s的緩沖器闡述的論文較少，王曉東在《高速緩沖器機理探究》一文中，對3 kg，速度50 m/s的緩沖器進行了分析，但是由于沒有復位功能，不適用于企業的要求。

要想解決企業的難題，關鍵是要解決兩個問題，高速緩沖和小反彈，待穩定一段時間之后再復位。其中處理復位的過程是最棘手的，既不立即復位而且還要復位。

在多次分析和試驗之后，筆者設計了一款結構緊湊的緩沖器，其結構如圖2所示。

圖2 高速止停緩沖器結構簡圖

此款緩沖器由復合緩沖頭、活塞桿、外缸、固定活塞、彈簧、旋轉活塞、節流板、復位彈簧、強制止停銷、法蘭組成。

在部件高速撞擊緩沖器時，復合緩沖頭先消耗一部分能量，防止硬碰硬的快速撞擊產生反彈；并帶動活塞桿和活塞向下運動。在運動時，固定活塞和旋轉活塞的兩個孔從開始的接近閉合狀態（如圖3所示），因部件快速的移動，液壓油被壓縮，產生很大的壓力，將旋轉活塞推轉動，孔的面積變大（如圖4所示），使液壓油從下腔排出到上腔，在部件被緩沖后，速度會逐步降低，在兩個活塞之間的彈簧會恢復，使油流經的孔變小。在運動的過程當中，排油孔隨部件的運動速度動態的變化，以適應斷路器在緩沖過程當中速度的變化的需要。

除此之外，為了保證在規定的位置能較為準確地停穩，在活塞的下端設計了節流板，其目的是在活塞運行到位移的末端時，強制止停銷堵死節流板上的孔，在最低端的油不再流出，迫使活塞停下來。在近乎停止時，活塞的速度很小，旋轉活塞在彈簧的作用下使兩個活塞又恢復到圖3所示的狀態。恢復彈簧要恢復，要克服底部的止停銷從節流孔中出來，同時還要使上腔的油流經兩個活塞組中很小的縫隙回到下腔，為減小上腔油壓，緩沖器上端與大氣聯通，回油壓力很小，這樣活塞不能立刻回復。既在緩沖的末端不反彈，并經過一段時間要克服銷與孔的脫離，在脫離時，因強制停止銷與活塞之間的間隙很小，0.04～0.06 mm，在回復的開始時，活塞是基本不動的，在兩者完全脫離時，活塞上移，將活塞和部件恢復到預定的位置。

圖3 緩沖前兩個活塞位置

圖4 緩沖后兩個活塞位置

4 結語

經過多次的反復，著重解決恢復力要大于活塞和部件質量的和，保證回復到初始位置，在緩沖的結束時，即使有恢復力，但是不能立刻回復的問題，考慮了很多方案。

（1）在緩沖結構上采用了隨油壓變化而變化的節流孔的結構，保證了高速運動的小質量部件的緩沖。

（2）采用了孔與強制止停銷的結構，保證部件緩沖在緩沖末端的暫時停止并緩緩回復。

經過多次試驗和修正，最終達到了預期的效果，滿足用戶的需要。

［1]王曉東. 硅谷［J］. 北京，2013，24：58～59.

［2]盛世超. 液壓流體力學［M］. 北京：機械工業出版社，1981.

［3]李明智. 新型液氣緩沖器的設計及分析［D］. 大連：大連海事大學，2010.

［4]章宏甲，周俊邦. 金屬切削機床液壓傳動［M］. 南京：江蘇工業出版社，1980.

［5]日本液壓氣動協會. 液壓氣動手冊［M］. 北京：機械工業出版社，1984.

（P-01）

TP273

1009-797X（2016）04-0005-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.003

張楠（1983-），女，講師，大學本科，在職碩士學位，研究方向為機械工程。

2016-01-06