基于AMESim的油压缓冲器仿真与研究

金映丽，贾 伟

(沈阳工业大学 机械工程学院，辽宁 沈阳 110870)

0 前言

企业对制造设备在工作过程中产生的冲击振动的控制精度越来越高，怎样减小振动和冲击已经成为现代制造业中迫切解决的问题之一[1]。缓冲器一般用于产生碰撞和冲击的设备之间，产生碰撞时可以形成一个安全缓冲区，可以吸收并转化冲击带来的能量，增加冲击载荷作用的时间，进而避免碰撞和冲击带来的负面影响，起到保护工作设备作用。在众多类型的缓冲器中，油压缓冲器以缓冲性能稳定、吸能量大的优点，得到了广泛的应用。油压缓冲器的主要功能就是消除非机械运动过程中的振动冲击和碰撞损坏[2-4]。

本文以一种广泛应用的AC2025小型多孔式油压缓冲器为研究对象，通过AMESim软件仿真模拟进行建模仿真[5]，得到缓冲器在缓冲过程和复位过程中缓冲性能的相关变化曲线，验证油压缓冲器符合工作过程平稳的要求。为油压缓冲器的关键结构优化设计提供参考。

1 缓冲工作原理

油压缓冲器的结构如图1所示，该缓冲器主要是通过内缸筒壁上离散分布的节流孔来实现缓冲作用。当冲击物撞击缓冲器撞头时，撞头通过活塞杆使活塞向左移动，高压腔内的油压急剧升高，油液在活塞的作用下，迫使高压腔中的油液经节流孔流出到低压腔中，油液一部分经回油孔流回到内缸，一部分进入蓄油海绵中。随着活塞杆不断向前运动，经过的节流孔越来越多，节流孔的有效面积不断减小，使得活塞杆的阻力越来越大[6]，活塞的速度也受到限制，从而达到缓冲的目的。当外力消除后，复位弹簧迅速推动活塞杆复位，缓冲器内缸筒壁面形成负压，活塞在复位时起到止回阀的作用，止回阀打开，油液迅速回到内缸筒内，缓冲器恢复初始状态，等待下次动作。

图1 油压缓冲器结构示意图

2 AMESim计算仿真

AMESim是由法国公司IMAGINE于1995年首次推出的，基于键合图的多学科复杂系统建模和仿真平台，包括机械、液压、气动、热、电和磁等学科[7]。

2.1 仿真参数

本文以型号为AC2025的油压缓冲器为例，模型仿真参数设置，如表1、表2所示。

表1 油压缓冲器的主要参数

表2 0位移时孔的位置和孔径

油压缓冲器的节流小孔为刃口，参考液压流体力学，节流孔的流量方程为[8]：

2.2 模型建立

使用AMESim软件液压流体系统的液压库和液压元件设计(HCD)库、控制系统的信号库、机械系统的机械库中的的元部件来建立仿真模型。首先，使用HCD库中的单侧圆柱滑阀模块等效缓冲器的节流孔，在实际创建模型时，模型结构中有几个节流孔就对应几个滑阀模块。本模型内缸筒上一共有8个节流孔，所以仿真模型使用8个单侧圆柱滑阀模块来表示，并用活塞位移来控制各个节流孔的作用与否；然后，使用液压库中的可变容腔和不变容腔来等效缓冲器的腔体，一个可变容腔代表无活塞杆腔，一个可变容腔代表有活塞杆腔，一个不变容腔来代表内、外缸筒组成的不变的环形腔[9]，最后，机械库中的质量模块用于等效活塞杆组件质量和冲击物质量，来体现活塞杆的受力，用弹簧模块来等效复位弹簧。当外部冲击消除时，复位弹簧和活塞内部止回阀共同作用使活塞杆复位。利用信号库的速度传感器和液压库的节流孔来模拟活塞内部的止回阀，当活塞杆的运动速度为0时，止回阀开启，使缓冲器迅速恢复初始状态，准备下次工作[10]。将所选元件合理连接，建立如图2所示为油压缓冲器Amesim模型。

图2 油压缓冲器AMESim模型

2.3 仿真结果

将仿真参数代入模型中，仿真结果如图3～图6所示。

如图3所示，速度在缓冲阶段0.07 s时由初速度3 m/s平稳快速的降到0 m/s,复位阶段由于活塞结构的回油通道打开，使活塞迅速复位；如图4所示，活塞运行到11.6 mm时将冲击能量吸收，满足油压缓冲器的最大缓冲行程；图5、图6中，活塞在经过节流孔时，压力会先上升再下降，发生轻微波动，符合实际情况，验证了仿真模型的准确性。

图3 速度变化曲线

图4 位移变化曲线

图5 加速度变化曲线

图6 缓冲力变化曲线

3 结论

利用AMESim软件对小型多孔式油压缓冲器进行仿真，对缓冲阶段和复位阶段的缓冲性能进行了研究。表明该缓冲器在一定工况下能起到比较满意的缓冲效果，能使冲击物平稳的降低速度，减少机械设备间的振动和碰撞。为下一步提高油压缓冲器的缓冲效率对关键结构参数优化设计奠定了基础。为缓冲器的创新设计提供了理论支撑。