液压缸缓冲装置国内外研究现状

液压缸缓冲装置国内外研究现状
目前使用的缓冲装置通常有以下几种：一是缓冲橡胶垫，由于橡胶材料取材简单，价格便宜，维修更换较为方便，在工业上的应用十分普遍，但是由于橡胶垫仅能吸收较小的冲击，在要求高精度位置控制，高速响应的场合，缓冲效果不明显，所以在电液控制系统中，橡胶垫缓冲通常不单独使用，而是与其他缓冲装置配合使用；二是缓冲弹簧，能吸收较大的能量冲击，但极易发生振动和回弹现象，故一般也不单独使用；三是液压缓冲，利用液体的流动性和不可压缩性，综合几种因素，能在一定程度上减轻上述两种缓冲装置的缺陷与不足[2]。

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液压缸的液压缓冲主要有两种方法：一是外部缓冲，即在外部液压回路上进行控制，通过安装节流阀等流量控制装置实现缓冲效果，但是外部缓冲的结构一般比较复杂；[3]二是在液压缸内部进行缓冲控制，即在液压缸内部设置缓冲装置进行缓冲控制，这种方法的缓冲装置结构简单，体积尺寸小，工作稳定可靠，应用十分广泛。

[4]对于高速液压缸而言，由于活塞运动速度很快，外部节流装置的响应时间难以与活塞缓冲过程同步，除此之外还会导致液压系统工作过程中发生能量损失的现象。

[5]因此，高速液压缸一般不宜不使用外部缓冲形式，而多采用内部缓冲形式或是内部缓冲
与外部缓冲相结合的缓冲形式。

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液压缸外部缓冲通常有如下几种形式：（1）溢流阀缓冲回路，当系统压力超过溢流阀的设定压力时，溢流阀起到制动和缓冲的作用，保证系统安全；（2）蓄能器缓冲回路，利用蓄能器吸收活塞运行至液压缸底部带来的冲击，减少冲击，达到缓冲的目的；（3）节流阀缓冲回路，利用单向节流阀的节流作用实现回路的缓冲作用；（4）顺序阀缓冲回路，采用接入单向顺序阀给液压缸油腔施加背压，可起到缓冲效果。

此外还可以采用减速阀、电磁换向阀实现缓冲作用。

[6]
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液压缸内部缓冲的原理是利用节流作用是活塞的动能转换为热能散发，以较短行程吸收较大动能，从而避免过高的液压冲击和峰值压力。

[7]传统的液压缸内部缓冲装置是在活塞上设计缓冲柱塞，当活塞进入缓冲区域时，回油腔中的油液只能通过缓冲柱塞与端盖之间的环形缝隙和节流阀流出，产生很大的阻力，使活塞平衡制动，避免与端盖发生碰撞。

[8]依据缓冲柱塞与缓冲孔间缝隙形式的不同，可以分为恒节流面积缓冲装置和变节流面积缓冲装置两种。

[9] 恒节流面积缓冲装置在缓冲过程中，节流面积保持不变，特点是刚进入缓冲阶段时活塞受到的缓冲压力很大，速度也随之马上减小，缓冲效果不佳，只应用在低速低负载等
要求不高的场合。

[10]而渐变式节流缓冲在进入缓冲阶段后，节流面积随着行程发生变化，使缓冲腔内的压力基本保持平稳或是有规律的变化，可以有效地减少冲击的影响。

[11] 变节流面积缓冲装置缓冲柱塞有反抛物线式，阶梯圆柱式，圆锥台式，短笛形式，节流沟槽形式等。

其中反抛物线式缓冲柱塞的性能曲线最接近理想曲线，缓冲的效果最佳。

但是反抛物线式缓冲柱塞需要根据液压缸的具体工作情况来专门设计制造，并且加工，因此使用锥形，台阶形，短笛形等来近似抛物线来取得较为理想的缓冲效果。

节流沟槽式是在缓冲柱塞轴向开一个节流沟槽，当缓冲柱塞进入缓冲腔时，油液只能从节流沟槽流出，产生阻力从而使缓冲柱塞制动。

节流沟槽可以是三角槽，方形槽或曲线槽，其中如果曲线槽的参数选择得当，可以得到较为理想的等减速缓冲效果。

除此之外，还有一种平板型缓冲节流装置，这是一种简便的节流缓冲方式，在液压缸底部设置一个缓冲平板，平板上对称分布若干节流孔，当油液通过节流孔时产生阻力，从而达到缓冲的目的。

这种缓冲装置加工方便，可应用于系统压力不高，缓冲行程与时间较短的场合。

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近年来针对液压缸的缓冲装置研究有了很大的发展：
寿松乔等指出并讨论了目前液压缸缓冲装置设计中存在的三个问题：（1）对于随意选取某一种缓冲方式，缓冲装置的参数难以获得最佳的匹配；（2）未合理选取合适的
缓冲末速度会增加缓冲行程和缓冲时间；（3）缺乏最佳缓冲控制及其难实施，难以达到最理想的效果。

[11]-[12] 张福臣针对液压缸缓冲，提出了一种抛物线回转面的设计方法，仿真分析证明其缓冲效果较为理想，并且这种抛物线回转面缓冲柱塞在结构上具备很好的工艺性，加工较为方便，活塞缓冲过程中，速度匀速减小，并且到达端点时速度降为为零，且仅产生柔性冲击。

[13]
陈升介绍了一种新型组合式节流缓冲装置，结合弹簧缓冲和节流缓冲两种形式，通过缓冲滑套节流小孔的变节流面积缓冲和弹簧缓冲的共同作用，一起完成节流缓冲的过程。

并且该装置稍加修改，可达到自由调节缓冲行程的功能。

[14] 薛小伟针介绍了一种高速液压缸缓冲装置设计，该装置采用多孔挡块来近似实现理想瞬时缓冲节流面积，经过仿真分析，该装置能获得理想的缓冲效果。

这种缓冲装置的关键部件为多孔挡块，且加工十分方便。

采用多孔挡块作为缓冲装置时，能使活塞速度平稳的降到预定值，缓冲过程中压力较小，且缓冲压力作用在挡块与活塞之间的腔内，能够有效减小缸壁所受的缓冲压力。

根据应用场合的不同，可以调整更换挡块的结构尺寸或结构形式，以实现最佳缓冲效果。

[15] 总结来看，目前学者对液压缸缓冲装置有了较为深入的研究，在对传统液压缸缓冲方式存在的不足之处继续深入优化的同时，也尝试了各种新型的液压缸缓冲方式，诸如平板
缓冲装置、多孔挡块缓冲装置等，均且取得了较为理想的效果，为液压缸缓冲装置的设计拓展了思路。

高速液压缸的缓冲对液压缸的缓冲性能提出了更高的要求，而各位学者均对此进行了深入研究，提出了多种优化解决方案，在保证液压缸强度和密封性的基础上，获得了较为优秀的缓冲性能。

液压缸的缓冲并不局限于一种方式，也不局限于传统的缓冲装置，各种行之有效的优秀的缓冲方式均可以应用在液压缸设计中，已达到最理想的缓冲效果。