液压油缸缓冲装置设计的探讨

杨永福　鲁　超（卡特彼勒（郑州）有限公司，河南 郑州 450103）

液压油缸缓冲装置设计的探讨

杨永福鲁超
（卡特彼勒（郑州）有限公司，河南 郑州 450103）

液压油缸作为液压支架中非常重要的组成部分，通过液压没缸活塞运动速度来提高生产效率，但随着液压油缸活塞运动速度的加快，会对缸底产生较大的撞击力，从而对液压支架的正常性能带来较大的影响，所以需要设计一个合理的缓冲装置，从而减小活塞运动过程中所对缸底带来的撞击力，尽可能的降低对液压支架正常的使用性能的影响。文中从液压油缸缓冲结构的简述入手，分析了常用的缓冲结构，并进一步对缓冲装置的优化设计进行了具体的阐述。

液压油缸；缓冲结构；优化设计

1 缓冲结构简述

在当前液压支架液压油缸中，最为常用的缓冲装置是通过缓冲柱塞及节流阀来确保固定节流的实现。主要以缓冲阀、节流口、单向进油口、端盖、单向阀、缓冲腔、缓冲柱塞、活塞等八个部分为主。在液压油缸工作过程中，缓冲活塞进入到缓冲腔中，这时缓冲腔内的油液针流入到节流口内，然后排入，从而在腔内形成一定的缓冲压力，有效的确保了活塞运动速度的降低，确保了缓冲目的的实现。

2 常用的缓冲结构

2.1 采用固定节流方式的缓冲结构

设定在理想状态下，不对油液的不可压缩性和粘性阻尼进行考虑，来对固定节流方式的缓冲装置进行数学建模，可以发现，当液压油缸在加压力和负载共同作用下时，活动速度较高，而当浸入到缓冲装置时，缓冲会产生较大的负的加速度，在缓冲腔中形成较大的压力，所以对于固定节流方式的缓冲结构在低速及轻载的简单油缸内具有较好的适用性。当对缓冲缝隙宽度进行增大时，可以降低腔内的压力峰值和缓冲负加速度，从而增大缓冲形式，有利于缓冲时间的延长。所以为了能够有效的确保固定节流方式缓冲结构的不足之处，在对缓冲结构进行调剂地，可以将节流面积设计为较大值，这样在缓冲进行过程中，缓冲结构的节流面积会逐渐减少，从而使腔内的压力平缓进行过渡，保持腔内的压力的平稳性。这样固定节流缓冲结构活塞在运动时则会平稳的进行减速。这就需要在设计时要渐变节流缓冲结构，从而达到节流面积随缓冲的进行而改变。

2.2 采用渐变节流方式的缓冲结构

渐变节流方式的缓冲结构主要有四种形式，即梯形节流、抛物线形节流、锥形节流和笛形节流，通过利用汽渐变节流方式的缓冲结构可以有效的降低加速度，减小缓冲冲击力，对于提高缓冲的效果具有非常重要的作用。

当采用阶梯形节流缓冲结构时，由于这种结构制动时间比较短，当柱塞进入到缓冲孔后，其活塞的速度则会快速降低，而且在缓冲过程中，柱塞和缓冲孔的缝隙则会变小，从而缓冲速度和压力也会减小。但这种结构往往在缓冲开始时具有较大的压力，导致活塞受到较大的冲击，所以阶梯形节流缓冲结构在一些速度较低而且需要承受较大冲击的简单工况上具有较好的适用性。

抛物线节流结构由于其可以在工况要求较高的条件下进行适用，在结构加工上具有复杂性，所以在设计时需要重视参数的设置，从而确保能够得到较为平稳的缓冲压力。

液压油缸圆锥缓冲节流装置上有非常广泛的应用，其内部的柱塞和缓冲孔之间的间隙随着缓冲形成的进行而渐变的，具有非常好的压力峰值，特别是当柱塞浸入到缓冲孔内部时，则会产生较大的压力峰值，然后压力峰值会快速降低。

在一些振动要求小及活塞速度要求较高的工况中适用于笛形缓冲结构，由于在笛形缓冲结构内部设有阻尼孔，而且当缓冲行程增加时，缓冲孔也会随之减少，流通面积变小，这种结构无论是减速度还是缓冲压力都较为理解，但在结构加工过程中对精度具有较高的要求。

3 缓冲装置的优化设计

3.1 缓冲装置进行模型化设计

液压油缸缓冲装置可以采用节流式缓冲装置模型，是一种可调节的缓冲装置。这种缓冲装置的设计原理为：缓冲塞在外力的作用下，进入缓冲腔内，使得腔内的油液流入节流口，然后流出。其中，缓冲装置中的活塞端通常是由缓冲柱塞构成的，上面设有缓冲内孔，当柱塞进入到内孔后，缸盖将会在节流阀的位置排出，给活塞的运动带来了一定的阻力，减慢了活塞的运动速度。通过改变节流口的开度，可以控制活塞的缓冲程度，单向进油口与单向阀相连，控制活塞的向右运动，此外，还设有一个在高压力的限制阀，保证缓冲腔内的压力不能超过额定压力值。

3.2 控制距离及速度

在优化设计液压油缸缓冲装置的控制距离及速度时，首先，假设所有的运动部件都是质点，形成一个研究的质点系，将以下物理量设置为已知量：制动前活塞的运动速度、进油腔有效面积、活塞直径、所受到的压力、缓冲柱塞直径和缓冲腔有效接受面积，制动前活塞会受到重力、摩擦力和负载力。一般情况下，缓冲装置中运动部件受到较大的作用力，为了简化问题，可以将重力、摩擦力和负载力设为总的负载力。在分析缓冲柱塞在某个位置的距离与速度时，可以利用动能微分方程计算出总的负载力的大小。

3.3 最小缓冲容量设计

在液压油缸设计过程中，当其缓冲装置的缓冲形成越大时，则其所能达到的缓冲效果则会越好。在实际设计时，则会将柱塞的缓冲形成设为一个固定值，这样在对缓冲腔的面积增大时，则会有效的提升缓冲效果。这就需要在设计过程中，需要对液压油缸缓冲装置的缓冲腔面积和柱塞的直径进行合理设计，从而确保达到最佳的缓冲效果。液压油缸缓冲容量的设计需要考虑的因素较多，需要通过对工况质量的具体情况进行计算后，来对柱塞的长度和缓冲腔的面积进行确定，并进一步确保达到最佳的缓冲效果。

结语

液压支架中液压油缸缓冲装置的应用，不仅可以有效的降低冲击过程中给油缸带来的不良影响，而且能够延长油缸的使用寿命。目前较为常用的液压油缸缓冲结构分别为固定节流方式的缓冲结构和渐变节流方式的缓冲结构，无论在哪种缓冲装置结构进行设计时，都需要对设计进行优化，采用模型化设计，从而达到有效的控制距离和速度，确保缓冲容量的合理性，从而达到最佳的缓冲效果，这对油缸工作性能及液压支架作用的有效发挥都具有极为重要的意义。

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