金映麗，賈 偉

(沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110870)

0 前言

企業(yè)對(duì)制造設(shè)備在工作過程中產(chǎn)生的沖擊振動(dòng)的控制精度越來越高，怎樣減小振動(dòng)和沖擊已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中迫切解決的問題之一[1]。緩沖器一般用于產(chǎn)生碰撞和沖擊的設(shè)備之間，產(chǎn)生碰撞時(shí)可以形成一個(gè)安全緩沖區(qū)，可以吸收并轉(zhuǎn)化沖擊帶來的能量，增加沖擊載荷作用的時(shí)間，進(jìn)而避免碰撞和沖擊帶來的負(fù)面影響，起到保護(hù)工作設(shè)備作用。在眾多類型的緩沖器中，油壓緩沖器以緩沖性能穩(wěn)定、吸能量大的優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。油壓緩沖器的主要功能就是消除非機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中的振動(dòng)沖擊和碰撞損壞[2-4]。

本文以一種廣泛應(yīng)用的AC2025小型多孔式油壓緩沖器為研究對(duì)象，通過AMESim軟件仿真模擬進(jìn)行建模仿真[5]，得到緩沖器在緩沖過程和復(fù)位過程中緩沖性能的相關(guān)變化曲線，驗(yàn)證油壓緩沖器符合工作過程平穩(wěn)的要求。為油壓緩沖器的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 緩沖工作原理

油壓緩沖器的結(jié)構(gòu)如圖1所示，該緩沖器主要是通過內(nèi)缸筒壁上離散分布的節(jié)流孔來實(shí)現(xiàn)緩沖作用。當(dāng)沖擊物撞擊緩沖器撞頭時(shí)，撞頭通過活塞桿使活塞向左移動(dòng)，高壓腔內(nèi)的油壓急劇升高，油液在活塞的作用下，迫使高壓腔中的油液經(jīng)節(jié)流孔流出到低壓腔中，油液一部分經(jīng)回油孔流回到內(nèi)缸，一部分進(jìn)入蓄油海綿中。隨著活塞桿不斷向前運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過的節(jié)流孔越來越多，節(jié)流孔的有效面積不斷減小，使得活塞桿的阻力越來越大[6]，活塞的速度也受到限制，從而達(dá)到緩沖的目的。當(dāng)外力消除后，復(fù)位彈簧迅速推動(dòng)活塞桿復(fù)位，緩沖器內(nèi)缸筒壁面形成負(fù)壓，活塞在復(fù)位時(shí)起到止回閥的作用，止回閥打開，油液迅速回到內(nèi)缸筒內(nèi)，緩沖器恢復(fù)初始狀態(tài)，等待下次動(dòng)作。

圖1 油壓緩沖器結(jié)構(gòu)示意圖

2 AMESim計(jì)算仿真

AMESim是由法國(guó)公司IMAGINE于1995年首次推出的，基于鍵合圖的多學(xué)科復(fù)雜系統(tǒng)建模和仿真平臺(tái)，包括機(jī)械、液壓、氣動(dòng)、熱、電和磁等學(xué)科[7]。

2.1 仿真參數(shù)

本文以型號(hào)為AC2025的油壓緩沖器為例，模型仿真參數(shù)設(shè)置，如表1、表2所示。

表1 油壓緩沖器的主要參數(shù)

表2 0位移時(shí)孔的位置和孔徑

油壓緩沖器的節(jié)流小孔為刃口，參考液壓流體力學(xué)，節(jié)流孔的流量方程為[8]：

2.2 模型建立

使用AMESim軟件液壓流體系統(tǒng)的液壓庫(kù)和液壓元件設(shè)計(jì)(HCD)庫(kù)、控制系統(tǒng)的信號(hào)庫(kù)、機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械庫(kù)中的的元部件來建立仿真模型。首先，使用HCD庫(kù)中的單側(cè)圓柱滑閥模塊等效緩沖器的節(jié)流孔，在實(shí)際創(chuàng)建模型時(shí)，模型結(jié)構(gòu)中有幾個(gè)節(jié)流孔就對(duì)應(yīng)幾個(gè)滑閥模塊。本模型內(nèi)缸筒上一共有8個(gè)節(jié)流孔，所以仿真模型使用8個(gè)單側(cè)圓柱滑閥模塊來表示，并用活塞位移來控制各個(gè)節(jié)流孔的作用與否；然后，使用液壓庫(kù)中的可變?nèi)萸缓筒蛔內(nèi)萸粊淼刃Ь彌_器的腔體，一個(gè)可變?nèi)萸淮頍o活塞桿腔，一個(gè)可變?nèi)萸淮碛谢钊麠U腔，一個(gè)不變?nèi)萸粊泶韮?nèi)、外缸筒組成的不變的環(huán)形腔[9]，最后，機(jī)械庫(kù)中的質(zhì)量模塊用于等效活塞桿組件質(zhì)量和沖擊物質(zhì)量，來體現(xiàn)活塞桿的受力，用彈簧模塊來等效復(fù)位彈簧。當(dāng)外部沖擊消除時(shí)，復(fù)位彈簧和活塞內(nèi)部止回閥共同作用使活塞桿復(fù)位。利用信號(hào)庫(kù)的速度傳感器和液壓庫(kù)的節(jié)流孔來模擬活塞內(nèi)部的止回閥，當(dāng)活塞桿的運(yùn)動(dòng)速度為0時(shí)，止回閥開啟，使緩沖器迅速恢復(fù)初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下次工作[10]。將所選元件合理連接，建立如圖2所示為油壓緩沖器Amesim模型。

圖2 油壓緩沖器AMESim模型

2.3 仿真結(jié)果

將仿真參數(shù)代入模型中，仿真結(jié)果如圖3～圖6所示。

如圖3所示，速度在緩沖階段0.07 s時(shí)由初速度3 m/s平穩(wěn)快速的降到0 m/s,復(fù)位階段由于活塞結(jié)構(gòu)的回油通道打開，使活塞迅速?gòu)?fù)位；如圖4所示，活塞運(yùn)行到11.6 mm時(shí)將沖擊能量吸收，滿足油壓緩沖器的最大緩沖行程；圖5、圖6中，活塞在經(jīng)過節(jié)流孔時(shí)，壓力會(huì)先上升再下降，發(fā)生輕微波動(dòng)，符合實(shí)際情況，驗(yàn)證了仿真模型的準(zhǔn)確性。

圖3 速度變化曲線

圖4 位移變化曲線

圖5 加速度變化曲線

圖6 緩沖力變化曲線

3 結(jié)論

利用AMESim軟件對(duì)小型多孔式油壓緩沖器進(jìn)行仿真，對(duì)緩沖階段和復(fù)位階段的緩沖性能進(jìn)行了研究。表明該緩沖器在一定工況下能起到比較滿意的緩沖效果，能使沖擊物平穩(wěn)的降低速度，減少機(jī)械設(shè)備間的振動(dòng)和碰撞。為下一步提高油壓緩沖器的緩沖效率對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。為緩沖器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供了理論支撐。