一种带圆柱圆锥缓冲装置的驱动液压机及设计方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种带圆柱圆锥缓冲装置的驱动液压机及设计方法，在油缸的两端设置内置缓冲装置用以降低活塞在行程末端处的速度，缓冲柱塞安装在端盖内壁面，活塞内打孔形成缓冲腔，这样可在实现缓冲的同时，保证液压机的外部尺寸以及活塞行程不变，不会引起后续装配问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
一种带圆柱圆锥缓冲装置的驱动液压机及设计方法


[0001]本专利技术属于船舶船舷阀
，具体涉及一种带圆柱圆锥缓冲装置的驱动液压机及设计方法。

技术介绍

[0002]船舶船舷阀主要由外部阀盘、传动机构、液压机等组成，其结构布置如图1.1所示。液压机受信号装置控制，在接收到液压信号后活塞运动带动连杆机构操纵通海阀阀盘的开启和关闭。
[0003]根据冲击噪声机理分析可知，通海阀驱动液压机启闭过程中导致油口压力变化，当变化过程较快时，压力变化幅值大形成压力冲击，产生噪声；在通海阀启闭过程中，驱动液压机的摆动油缸先在两端压力差作用下加速运动，当活塞受力平衡后匀速运动至行程末端，若未在行程终点处对活塞进行减速处理，则其以较大速度直接撞击在缸盖内壁，引起较大的机械噪声。所以从减小冲击噪声的角度考虑，希望通海阀启闭过程长，压力变化慢一些，活塞的行程末端速度小一些，而控制系统的要求是稳、准、快，希望通海阀驱动液压机响应速度快以利于系统控制。如何在两者间找到最佳结合点，确定通海阀驱动液压机的动态性能指标就成了设计的关键环节，进行通海阀驱动液压机设计时应充分考虑噪声指标，综合考虑系统的噪声指标和控制性能。每个通海阀驱动液压机最大驱动力、转换到活塞的摩擦负载力以及液压机的惯性质量是确定的，据此就可以计算出该液压机活塞的加速度，活塞从零加速至最大速度，这个时间是通海阀驱动液压机固有特性指标。在通海阀驱动液压系统中，系统结构常数确定后，固有动态特性指标就已确定，可通过计算或仿真得到该时间，供控制系统参考使用。
[0004]机械振动噪声主要由液压传动装置在传动过程中引起。液压机的液压缸内置活塞，通过齿轮齿条传动，在油路连通后，高压油的液压能施加在活塞上转换为运动部件的动能，形成活塞的直线往复运动，从而带动整体机械的运动。液压传动控制系统的零部件的制造误差以及装配误差也会导致系统内元件和部件在传动过程中发生振动，比如液压系统中各类阀件的阀芯与阀体的碰撞冲击以及阀门配件的机械撞击都会造成机械噪声。当液压缸运动至行程终点时速度较大具有较大动能，如没有合适的缓冲减速，液压缸活塞与缸盖将发生机械碰撞，发生剧烈冲击和振动，使液压系统工作不平稳，具有破坏性。活塞部件的惯性力和液压力所造成的活塞与端盖之间的机械撞击是液压机产生噪声的主要来源，同时也会引起元件的磨损影响其性能。另外，液压油流动过程中因流速较快一般都处于紊流状态，液体之间发生剧烈摩擦，油液与固体表面之间产生强烈摩擦、碰撞，流体冲击易活动和易变形零部件时产生机械振动，形成机械振动噪声，如果振动的频率与结构的固有频率相接近或相同时便形成共振，发生噪声共鸣现象，激发更大的机械噪声。
[0005]上海交通大学的崔铭超以基于RANS方法和标准k
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ε湍流模型对某船用通海阀的三维流动数值模拟，通过计算研究了直角截止阀关键形状和尺寸的对流动特征的影响，首次提出了在此类阀门上的内流道优化设计方案。哈尔滨工程大学刘少刚教授的项目团队针对
通海阀的结构参数优化方面展开了相关研究。刘少刚等人基于CFD原理，提出了一种新型流道结构，给出了在通海阀体镶嵌内支架的降噪措施，并对比不同安装角度的内支架下通海阀内的流场特点获得了最佳安装角度，在此基础上可以有效降低通海阀内部的湍动能，并且有利于防止汽蚀和降低涡流噪声和湍流脉动噪声。刘海丰采用动网格和UDF技术对通海阀启闭过程中液体流动情况进行了分析计算，确定了流体通过阀道时的水流情况，为通海阀的内流道优化提供了理论基础。曾杏通过在钛合金通海阀内的内端口与主体连接处、弯角处以及凸台等突变面部位进行流线化处理，使阀内海水运动更加平稳，有效降低了通海阀工作过程中的湍流噪声。此外，崔红力等人采用Fluent软件对通海阀内流场优化方案进行数值模拟计算，得出改变出口流道结构和适当增大阀体内腔有利于提高通海阀的通流能力，也能够对通海阀减振降噪。
[0006]以上研究存在的不足：上述针对通海阀的研究基本都是围绕通海阀本体结构以及内流道，缺少对通海阀驱动系统的研究及改进，通海阀启闭瞬态噪声较大的问题中，液压驱动机构引起的噪声同样值得关注；对通海阀的结构参数进行优化设计会引起结构尺寸变化，易诱发相关的装配问题，用于现役船舶改进成本高技术难度也较大，对于后期的设计建造具有参考价值和指导意义。
[0007]液压传动是以液体作为媒介，进行能量和信息传递以实现工程控制的传动方式，因其具有响应快、传递能量效率高等独特的技术优势而广泛应用于现代工程机械。液压缸作为液压传动系统中最重要的执行元件，它将压力能转化成机械能，其工作原理是活塞在两端压力差作用下使活塞完成直线往复运动带动相关机械完成既定功能动作。根据动能定理，当液压缸的运行较快或者拖动大质量部件时，行程末端油缸的活塞动能大则容易和缸盖发生剧烈碰撞引发冲击和振动，这种强烈的机械冲击不仅影响工程机械运行的稳定性和工作性能，还会造成液压缸的磨损以及其他液压元件的损坏。缓冲装置就是为了减弱或者防止这种振动冲击而设置的，特别是针对大型、高速运行以及噪声水平要求高的液压系统，为了防止液压缸活塞在行程终点处和缸盖发生剧烈撞击，则必须设置缓冲装置；对于其他系统，当活塞杆的运动速度达到30mm/s时就可以考虑采取缓冲装置，当速度超过500mm/s时考虑振动冲击以及液压元件使用寿命必须采取缓冲装置进行制动。
[0008]目前，液压缸缓冲主要分为机械缓冲和液压缓冲两种类型。机械缓冲主要是利用弹簧通过储存弹性势能来吸收冲击，缓冲弹簧刚度大能够承受的冲击范围广，但是存在易发生震荡和回弹的特性，单独使用缓冲弹簧对液压缸进行缓冲制动容易影响液压缸的工作性能。液压缓冲根据安装形式可分为外置式液压缓冲和内置式液压缓冲，两者都是利用节流效应通过增大液阻实现对液压缸的缓冲制动。外置式液压缓冲一般指在液压缸的进口、出口安装节流阀或者其他类型的流量控制元件的复合节流调速，利用节流阀调节阀口液阻，控制流进流出液压缸的液压油的流速从而实现对液压缸的制动，外置式液压缓冲一般结构比较复杂。液压缸内置缓冲装置的本质是通过非完全冲击来降低液压缸活塞与缸盖的撞击，非完全冲击并非简单通过截断工作油路来制动，而是通过减小回油口处的过流面积，利用小面积节流口来吸收活塞的动能，使活塞动能降低速度减慢至一定程度，消耗的动能转化成热能随着液压油回收到油箱。液压缸内置缓冲装置因通过简单的结构就能达到良好的缓冲性能而广泛应用于工程机械，越来越多技术人员针对不同机械研究了多样形式的缓冲装置以满足多样化需求。
[0009]内置缓冲装置依据节流面积是否发生变化可分为固定节流型缓冲装置和可变节流型缓冲装置，其中固定节流缓冲中节流面积不随活塞位移发生变化，具备缓冲建压快速度下降快的特点，但是存在液压冲击较大的问题，比较适用于低速轻载工况下的机械；可变节流型缓冲装置的节流面积在缓冲过程中会随活塞位移发生变化，节流面积逐渐变小可以实现较好缓冲而不引起大的液压冲击，具有较好的缓冲性能。
[0010]内置缓冲装置的性能取决于选取的缓冲模型，图1.2是常用缓冲模型的结构，对于固定性节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带缓冲装置的驱动液压机，其特征在于，油缸(1)两端端盖的内侧壁分别设置一个缓冲柱塞(3)，活塞(2)的两端对应位置各设置有一个可容纳缓冲柱塞(3)的内孔(4)；所述缓冲柱塞(3)从前到后分别为圆锥台段和圆柱段。2.根据权利要求1所述的一种带缓冲装置的驱动液压机，其特征在于，缓冲柱塞(3)长度为20mm。3.根据权利要求2所述的一种带缓冲装置的驱动液压机，其特征在于，缓冲柱塞(3)圆锥台段的锥角取值为10
°
。4.根据权利要求2所述的一种带缓冲装置的驱动液压机，其特征在于，缓冲柱塞(3)圆锥台段的锥形长度为8mm。5.基于权利要求1所述的液压机的设计方法，其特征在于，包括：步骤1、将缓冲柱塞(3)进入内孔(4)的过程划分为三个阶段：1)缓冲柱塞(3)进入到活塞内孔(4)之前定义为局部压力损失阶段，建立缓冲腔压力模型为：其中，P2为缓冲腔压力，d是活塞内孔直径，ρ表示油液密度，v
x
表示任意位置下活塞的运动速度，C
j
为局部压力损失阶段流量系数，D为缓冲柱塞圆柱段直径，D1为活塞直径；2)缓冲柱塞(3)进入到内孔(4)开始到缓冲柱塞圆柱段开始进入到内孔定义为锐缘节流阶段，建立缓冲腔...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨庆超，李泽斌，楼京俊，刁爱民，屈铎，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军工程大学，
类型：发明
国别省市：