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液压缸复合缓冲结构及缓冲过程的分析

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液压与气动 2013年第3期37卷 23-26页

作者：武晓凤赵秋霞姚平喜太原理工大学机械工程学院山西太原030024 太原理工大学力学学院山西太原030024

针对液压缸运行至端部产生冲击的问题,设计了一种复合型液压缸缓冲结构,并对其缓冲机理进行了分析,建立了相应的数学模型,利用Matlab软件对缓冲过程进行了仿真研究,对结构参数进行了优化。结果表明,该缓冲结构缓冲过程平稳、冲击小。

关键词：复合缓冲结构仿真分析缓冲液压缸

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液压缸复合型缓冲结构及缓冲过程的分析

液压缸复合型缓冲结构及缓冲过程的分析

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作者：武晓凤太原理工大学

学位级别：硕士

液压传动是非常重要的传动方式,在工程机械、冶金机械、塑料机械、汽车等行业都得到广泛地应用与发展。液压缸是液压传动主要的执行元件,然而当液压缸带动质量较大的工作部件作快速往复运动时,运动部件具有很大的动能,这样,当活塞运动... 详细信息

液压传动是非常重要的传动方式,在工程机械、冶金机械、塑料机械、汽车等行业都得到广泛地应用与发展。液压缸是液压传动主要的执行元件,然而当液压缸带动质量较大的工作部件作快速往复运动时,运动部件具有很大的动能,这样,当活塞运动至行程末端时,会与端盖发生机械碰撞,产生很大的冲击和振动。这种冲击和振动不仅会影响工作精度,而且会严重降低液压元件的使用寿命。所以对活塞杆运动结束之前如何避免产生强烈的撞击和振动,降低噪声,提高系统的工作性能提出了更高的要求。本文在对各种液压缸内置式缓冲结构的缓冲机理分析的基础上,探讨了各缓冲结构的缓冲特性,尤其是对环形、圆锥、斜面、固定节流小孔抛物线等结构进行了详细的分析。分析可知,小孔、环形缓冲结构在刚进入缓冲阶段时有很大的压力突变,开始缓冲后压力很快衰减下来,‘几乎不起缓冲作用,因此这种结构适用于低速、轻载的场合;圆锥面在缓冲初期压力的变化趋势比较平缓,后期具有较大的压力突变;斜面段在整个缓冲阶段压力变化是渐变过程,压力峰值较小,缓冲效果良好;抛物线是恒减速的缓冲装置,然而在缓冲开始和结束时具有较大的加速度冲击。结合这几种缓冲结构各自的优势设计了一种复合型液压缸缓冲结构,将整个缓冲过程分为三个阶段：第一,当刚进入缓冲阶段时选用圆锥面,使得缓冲压力突变较小,并且起到良好的导向作用;第二,选用斜面作为主体缓冲结构,缓冲过程中具有较低的压力峰值,使执行元件的动能在短时间内消耗达到最大;第三,当到达缓冲末期速度很小时选用环形面,固定节流小孔一直并联于整个缓冲过程中。通过MATLAB软件对缓冲结构的参数进行优化设计,得到一组最佳参数,在缓冲过程中可达到能量吸收均匀,冲击力小,制动平稳的预期效果。通过对设计的复合型液压缸缓冲节流面积与理想缓冲结构的节流面积对比分析,得出实际节流面积与理想节流面积更为接近,性能更加趋近理想缓冲特性,达到理想的设计效果。液压缸缓冲效果的好坏除了与缓冲结构有关外,还与负载、缓冲初速度等因素相关,要达到理想的缓冲效果,就需要根据具体的工况设计缓冲结构。本文结合MATLAB强大的图形处理和数值计算能力以及VB软件友好的设计界面的优势,采用COM组件实现二者的混合编程,用户只需在界面上输入结构参数和液压缸参数,即可得到复合型液压缸缓冲结构在缓冲过程中速度、压力、节流面积随行程变化的曲线,在短时间内完成缓冲结构的设计,具有较强的实用价值。复合型液压缸缓冲结构可以达到消除硬冲击、减小软冲击的作用效果。该结构的创新之处在于：1)整个缓冲结构简单紧凑,加工容易,缓冲效果良好;2)缓冲截流面积随着缓冲行程的增加而不断减小,阻力作用逐渐增强,因此缓冲均匀,冲击力小;3)运用MATLAB和VB软件混合编程,用户只需在VB界面下输入不同的工况参数,即可得到缓冲结构的缓冲特性曲线,实现缓冲结构的快速设计。

关键词：复合缓冲结构仿真分析缓冲液压缸 MATLAB 刚性问题

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