[发明专利]一种具有不规则末端缓冲机构液压缸的仿真实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及液压系统仿真技术领域，尤其涉及一种具有不规则末端缓冲机构液压缸的仿真实现方法。

背景技术

液压设计人员通过对液压系统进行仿真，有助于对液压系统的性能进行预先了解，通过优化设计参数，使得液压系统设计更为合理，降低液压系统设计成本和缩短开发周期。

液压系统中，液压缓冲器(shock absorber)的作用是在工作过程中防止硬性碰撞导致机构损坏，降低液压缸运动方向改变时的噪声，其基本原理是依靠液压阻尼对作用在其上的物体进行缓冲减速至停止，在起重运输、电梯、冶金、港口机械、铁道车辆、航空等领域广泛采用。

在实际应用中，液压缸的缓冲装置几何外形多种多样、性能不一，设计人员需根据实际需求设置相应的外形参数，所以需要对液压缸的缓冲装置进行仿真优化设计。针对具有不规则末端缓冲机构的液压缸，若采用一般的仿真方法，需要通过繁杂的数学推导建立复杂的数学模型，过程极为繁琐，且不利于对结构参数的优化调试。

发明内容

本发明的目的在于，在较为成熟和常见的液压仿真软件AMESim(Advanced Modeling Environment for performing Simulation of engineering systems)中，利用AMESim仿真软件提供的标准模块和自编模块，针对具有不规则末端缓冲机构的液压缸，建立简单的数学仿真模型，优化设计各种缓冲结构参数，提出了一种具有不规则末端缓冲机构的液压缸的仿真实现方法。

液压缸采用具有三个斜切面的缓冲柱塞作为不规则末端缓冲机构，包括：缸体，活塞杆，活塞，节流环和末端缓冲柱塞；

活塞与活塞杆相连接处为活塞内缓冲孔，活塞内缓冲孔开口端套接1个节流环，节流环上留有1个开口，开口截面为矩形。

末端缓冲柱塞采用圆筒状缓冲柱塞，同时与液压缸出油口相连；末端缓冲柱塞外表面分为缓冲柱塞斜切面和缓冲柱塞圆柱面；缓冲柱塞斜切面有三个，沿圆周均匀分布于末端缓冲柱塞的前端，起始位置为斜切面起始点E所在的曲线；末端缓冲柱塞的后端为缓冲柱塞圆柱面，缓冲柱塞圆柱面与缓冲柱塞斜切面相交位置为圆柱面起始点F所在的曲线；末端缓冲柱塞内部为柱塞排油内孔。

活塞的整个缓冲运动过程分为三个阶段：

第一阶段为无缓冲阶段；当活塞运动到末端缓冲柱塞的缓冲柱塞斜切面之前，液压缸工作在一般模式，缓冲机构不产生节流缓冲效应。

第二阶段为斜切面节流缓冲阶段；活塞从缓冲柱塞斜切面继续移动后，开始产生节流效应，当活塞移动到缓冲柱塞斜切面与缓冲柱塞圆柱面相交的位置时，末端缓冲柱塞进入活塞内缓冲孔时，缓冲发生。缓冲柱塞斜切面和活塞内孔壁间形成缓冲间隙；液压油通过缓冲间隙和节流环上的开口流出液压缸出油口。

缓冲切面面积为缓冲间隙的切面积和节流环开口的面积之和，随着活塞的继续推进，缓冲间隙越来越小，缓冲切面面积也越来越小，节流缓冲效果逐渐明显。

第三阶段为固定间隙节流缓冲阶段。当活塞从缓冲柱塞斜切面与缓冲柱塞圆柱面相交的位置继续移动到缓冲柱塞圆柱面后，缓冲过渡到固定间隙缓冲阶段，缓冲腔的液压油通过节流环开口处流出，即缓冲切面面积固定，此时缓冲效果明显。

针对具有不规则末端缓冲机构的液压缸的缓冲仿真实现方法，分为以下几个步骤：

步骤一：确定每个缓冲阶段的节流面积；

第一阶段，不涉及缓冲，采用标准液压缸的模型即可。

第二阶段，末端缓冲柱塞在斜切面处移动时的变截面节流缓冲；

缓冲切面面积为缓冲间隙的切面积和节流环开口的面积；

缓冲切面面积S_x的计算公式如下：

S_x＝6S_x1+S_x2(1)

其中：S_x1为缓冲间隙的切面积；S_x2为节流环上开口形成的节流面积；

节流环上开口形成的节流面积S_x2，计算如下：

S_x2＝WH(2)

其中：W为节流环缝隙宽度；H为节流环缝隙高度；

缓冲间隙的切面积S_x1，计算如下：