張楠，孟麗華，王曉東

（營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，遼寧 營口 115000）

高速止停緩沖器機(jī)理探究

Principle inquiry of fast stop cushioning device

張楠，孟麗華，王曉東

（營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，遼寧 營口 115000）

通過對高速緩沖器的結(jié)構(gòu)分析，提出高速不反彈緩沖器的緩沖方案，為高速小反彈復(fù)位緩沖的解決提出了建設(shè)性途徑。

高速；止停；緩沖器

隨著現(xiàn)代工業(yè)不斷的快速發(fā)展，很多自動化設(shè)備需要高速運(yùn)動、精準(zhǔn)的動作；同時對設(shè)備的平穩(wěn)性、安全性要求也更加苛刻［1］。尤其是當(dāng)緩沖器作為執(zhí)行部件，在設(shè)備上起到既緩沖又限定機(jī)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(yè)需要，對電氣開關(guān)的緩沖器進(jìn)行了設(shè)計，在理論上進(jìn)行分析和論證，并提出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案，基本滿足企業(yè)的要求，具有重要的工程應(yīng)用價值。

1 工況要求

南京某企業(yè)在開發(fā)斷路器時，為保證開關(guān)部件動作的準(zhǔn)確和保護(hù)部件，在部件動作的末端安裝一個緩沖器，以滿足設(shè)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(zhì)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(fù)時將6 kg部件恢復(fù)到位。在開發(fā)產(chǎn)品的過程當(dāng)中，企業(yè)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(xiàn)了不同程度的損壞，同時還有反彈出現(xiàn)。常見的緩沖器的結(jié)構(gòu)以ACE公司生產(chǎn)的MC75M為例，如圖1所示。

2 傳統(tǒng)緩沖器結(jié)構(gòu)分析

圖1 緩沖器結(jié)構(gòu)簡圖

緩沖器由緩沖頭、活塞桿、外缸、固定滑套、吸能海綿體、內(nèi)缸、活塞和復(fù)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(nèi)運(yùn)動，將內(nèi)缸中的液壓油經(jīng)內(nèi)缸上的油孔排出，被滑套中的吸能海綿吸收，同時復(fù)位彈簧被壓縮。在達(dá)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(fù)位彈簧也因被壓縮而具有回復(fù)的反力。這兩種力量產(chǎn)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(nèi)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(dǎo)致緩沖器損壞。

3 高速緩沖器結(jié)構(gòu)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(jī)理探究》一文中，對3 kg，速度50 m/s的緩沖器進(jìn)行了分析，但是由于沒有復(fù)位功能，不適用于企業(yè)的要求。

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

在多次分析和試驗之后，筆者設(shè)計了一款結(jié)構(gòu)緊湊的緩沖器，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 高速止停緩沖器結(jié)構(gòu)簡圖

此款緩沖器由復(fù)合緩沖頭、活塞桿、外缸、固定活塞、彈簧、旋轉(zhuǎn)活塞、節(jié)流板、復(fù)位彈簧、強(qiáng)制止停銷、法蘭組成。

在部件高速撞擊緩沖器時，復(fù)合緩沖頭先消耗一部分能量，防止硬碰硬的快速撞擊產(chǎn)生反彈；并帶動活塞桿和活塞向下運(yùn)動。在運(yùn)動時，固定活塞和旋轉(zhuǎn)活塞的兩個孔從開始的接近閉合狀態(tài)（如圖3所示），因部件快速的移動，液壓油被壓縮，產(chǎn)生很大的壓力，將旋轉(zhuǎn)活塞推轉(zhuǎn)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(fù)，使油流經(jīng)的孔變小。在運(yùn)動的過程當(dāng)中，排油孔隨部件的運(yùn)動速度動態(tài)的變化，以適應(yīng)斷路器在緩沖過程當(dāng)中速度的變化的需要。

除此之外，為了保證在規(guī)定的位置能較為準(zhǔn)確地停穩(wěn)，在活塞的下端設(shè)計了節(jié)流板，其目的是在活塞運(yùn)行到位移的末端時，強(qiáng)制止停銷堵死節(jié)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(zhuǎn)活塞在彈簧的作用下使兩個活塞又恢復(fù)到圖3所示的狀態(tài)?；謴?fù)彈簧要恢復(fù)，要克服底部的止停銷從節(jié)流孔中出來，同時還要使上腔的油流經(jīng)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(lián)通，回油壓力很小，這樣活塞不能立刻回復(fù)。既在緩沖的末端不反彈，并經(jīng)過一段時間要克服銷與孔的脫離，在脫離時，因強(qiáng)制停止銷與活塞之間的間隙很小，0.04～0.06 mm，在回復(fù)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(fù)到預(yù)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(jié)語

經(jīng)過多次的反復(fù)，著重解決恢復(fù)力要大于活塞和部件質(zhì)量的和，保證回復(fù)到初始位置，在緩沖的結(jié)束時，即使有恢復(fù)力，但是不能立刻回復(fù)的問題，考慮了很多方案。

（1）在緩沖結(jié)構(gòu)上采用了隨油壓變化而變化的節(jié)流孔的結(jié)構(gòu)，保證了高速運(yùn)動的小質(zhì)量部件的緩沖。

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

經(jīng)過多次試驗和修正，最終達(dá)到了預(yù)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(xué)［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

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

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

［5]日本液壓氣動協(xié)會. 液壓氣動手冊［M］. 北京：機(jī)械工業(yè)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(xué)本科，在職碩士學(xué)位，研究方向為機(jī)械工程。

2016-01-06