挖掘机液压油缸缓冲装置的设计方法与分析

挖掘机液压油缸缓冲装置的设计方法与分析

来源:毕业论文网

一、引言

随着工程机械液压技术和市场的发展．要求挖掘机等丁程机械液压缸活塞运动速度越来越高，其往复频率和运动速度也越来越高，有的甚至高达每秒几十米。为避免产生强烈撞击和振动，保证系统平稳工作，防止传动部件损坏，提高系统的工作性能和寿命，必须在其运动结束前进行缓冲。

二、挖掘机液压油缸的缓冲方法

目前，挖掘机液压油缸缓冲的方法基本有两种：一种是液压缸外部控制，即在液压缸的控制回路上，安装节流阀或其它形式的流量控制装置进行缓冲，其结构较复杂：另一种是液压缸内部控制．即在液压缸内部设计缓冲装置来实现缓冲，其结构简单、1二作可靠、体积小、缓冲一I~ii较好，因而得到广泛应用。本文采用的设计方法即为内部缓冲装置三、设计方案挖掘机双作用液压缸缓冲装置正常稳定T作的主要因素是活塞杆和缸筒具有较好的同轴度。这～同轴度是通过活塞杆和缸筒分别与前后端盖、活塞的间隙配合及各部件的形位公差来保证的，实践中由于设计、制造、装配、使用等因素的影响，常常使这一同轴度难以控制，这样就使得缓冲装置难以正常]：作，经常发生拉伤、胶合甚至损坏液压缸的情况。

为了保证液压缸缓冲正常稳定工作，研发人员设计了浮动缓冲装置。这种双作用液压缸浮动缓冲装置几乎不受活塞杆和缸筒同轴度影响，工作可靠、寿命长、缓冲效果好．且适用于各种固定缓冲和可调缓冲：同时，还解决了传统缓冲装置造成的拉伤、胶合问题。

四、缓冲装置结构及缓冲原理

如所示，活塞杆4头部装有缓冲销2，缸体1内的底部开有与缓冲销2配合的缓冲孔1b，缸体1上开有与缓冲孔1b相通的通油孔1a，在缸体l上设有连通缓冲孑L 1b与缸体内腔的补油通道1c，在补油通道lc与缓冲孔Ib相通的端口处设有单向节流阀5当活塞杆4向回缩时，活塞向左运动，单向节流阀5处于节流状态。当活塞杆4运动到接近缸体1的底部时，通过缓冲销2与缓冲孑L 1b的配合来缓冲：当活塞杆4运动到缸底停止后再需要伸出时，由通油孔1a向缓冲孔1b供油，液压油从缓冲孔lb给活塞杆施压，同时，单向节流阀5打开，液压油通过补油通道1c直接进入缸体l内向右推活塞。

五、缓冲装置模型及特-性分析

1.

缓冲装置模型囹2为液压缸的可调式节流口缓冲装置原理模型图。在液压缸活塞端部有直径为d的缓冲柱塞，缸盖上有与缓冲柱塞相配的缓冲内孔，当缓冲柱塞进入缓冲内孔后，活塞与缸盖间的油液须经节流阀排出，从而使活塞运动受阻、速度减慢，达到缓冲目的。

2．速度一行程特性首先分析活塞的受力和运动，设运动部件为研究的质点系，总质量为m，制动前活塞运动速度v。，活塞直径D，缓冲柱塞直径d，进油腔有效面积为A，，压力P ，缓冲腔有效面积为A ，压力P 。另外活塞还受负载力、摩擦力、重力(f顷斜安装时)的作用。

为了使问题简化，用总负载力F表示。当缓冲柱塞由X移至x+dx位置时，质点系动能微分应等于作用于其上所有力的元功之和。

分析可知：当x=0，即缓冲开始时，活塞的运动速度最快，其速度为V。；当活塞进入缓冲腔的行程x 增大，活塞的运动速度减慢，进入缓冲腔的行程越大，缓冲效果越好；当缓冲行程结束时，此值为残余速度。理论分析表明，无论缓冲行程有多大，都不可能将活塞运行速度减到零。

3．压力一缓冲行程特性缓冲腔压力由两部分组成：一是稳态压力；二是瞬态压力。当x=0时，缓冲腔压力值P眦最大；当合外力不变时，缓冲腔的压力最大值与缓冲面积成反比。当X-．~时，为缓冲终止时缓冲腔的压力，其值等于稳态压力。

4．最小缓冲容量分析由上述分析可知，缓冲行程越大。缓冲效果越好。但在实际生产中，缓冲行程不可能无限大。而受缓冲柱塞长度限定(见图2)，一般取缓冲行程：l =(0．14—0．17)O缓冲腔面积AH越大，缓冲效果越好。实际生产中的缓冲腔面积由缓冲柱塞直径d决定．一般选取d=(O．3～0．7)0，则缓冲面积AH=(0．09—0．5)pD2／4。合理选择l AH的取值可得最佳的缓冲效果。

实际应用中，可以根据不同工况下的质量、运动速度及初定的最终缓冲压力，求出最小缓冲容量q ，然后根据液压缸的结构确定AH、l ，在满足AH和l 的限定范围内达到最佳的缓冲效果

六、结束语

本文所采用的挖掘机液压油缸缓冲装置的设计方法其优点主要表现在以下几个方面：一是端盖缓冲孑L内的导向套，具有良好的耐磨性，提高了端盖和缓冲套的寿命；二是缓冲套外圆和端盖缓冲孔内孔配合间隙很小，缓冲效果好；三是该装置结构简单，大大降低了加工难度。

缓冲液压缸，是具有缓冲功能的液压缸，是一种公开的置于挖掘机的液压缸中的液压缸缓冲装置，该液压缸缓冲装置阻止活塞与端凸缘碰撞并吸收碰撞产生的冲击。由于设置该缓冲装置，即使在外力施加在液压缸上，不会发生压力高于液压缸的设计强度的情况。

目录

缓冲装置

理想缓冲定位

拉杆缓冲液压缸

柱塞式缓冲液压油缸

活塞式单作用缓冲液压缸

二级缓冲液压缸

外置式缓冲液压缸

编辑本段缓冲装置

在设在液压缸中的液压缸缓冲装置中，该液压缸包括构成液压油的收集室的管子，进行直线运动的杆，固定在杆上、并分隔了管子的收集室的活塞，和端凸缘，该液压缸缓冲装置包括装在杆上与活塞接近的缓冲套，如果在杆的直线运动中活塞接近杆侧端凸缘，在杆侧室中产生预定的缓冲压力，还包括设在缓冲套上的弹性体，阻止活塞与杆侧端凸缘碰撞并通过其弹性吸收冲击。

编辑本段理想缓冲定位

用理想曲线实现液压缸的缓冲定位问题。理论分析、仿真及实验证明：理想曲线是实现液压缸缓冲定位的最佳曲线，用理想曲线实现液压缸的缓冲定位，在伺服控制的条件下定位精度可达±0.02mm，定位时压力冲击小，缓冲定位的行程和初速度可根据需要任意设定，解决了定位精度和工作速度之间的矛盾，既提高了定位质量又提高了工作效率。理想曲线控制的对象是液压系统。要实现缓冲定位有两种手段，一种是比例控制系统，另一种是伺服控制系统。伺服控制的效果要好于比例控制。在控制衍也有两种方式：PID控制器和自组织模糊控制器。用高次曲线作为输入信号，用PID控制器作为控制算法，对伺服系统进行实验，得到上升时间0.2秒，超调量7﹪以内，定位精度±0.02MM。

编辑本段拉杆缓冲液压缸

YGC系列和YGD系列拉杆液压缸，YGC系列为差动缸，YGD系列为等速缸，具有重量轻，结构简单，工作可靠，安装方便，易于维修，安装形式多样等特点，符合ISO6020/2(1991)和DIN24554标准，最高工作压力有7MPa、14MPa、21MPa三种，全部密封件采用进口派克和MERKER密封件，两端缓冲采用浮动衬套和浮动缓冲套以保证环形流动缝隙的同心度，缓冲性能良好，可以降低内外冲击和噪声，延长液压缸的寿命。YGC和YGD系列液压缸的两端极限位置上可以设置抗高压型电感式接近开关，装置紧凑，安装调整方便，省去运动机构上设计和安装极限开关的繁琐环节，为设计和安装调整提供极大的方便。在YGC 系列液压缸（杆径≧36）上可以配置内置式位移传感器，根据工矿需要准确停位，在电控和液控系统的协调配合下，实现高速准确的工业自动控制。位移传感器是利用磁致伸缩的原理进行工作，当运动的磁铁磁场和传感器内波导管电流脉冲所产生的磁场相交时便产生一个接一个连续不断的应变脉冲，从而感测出活塞的运动位置（或运动速度）。由于传感器元件都是非接触的，尽管感测过程连续不断，也不会对传感器造成任何磨损，可承受高温高压和高冲击的工作环境。该类油缸主要应用于机床、木工机械、橡胶机械、钢铁设备、注塑机、压铸机、海上或船上安装。

编辑本段性能参数