一种力值可调式液压缓冲器的仿真与分析

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随着机载武器系统的发展，其威力与机动性之间的矛盾日益突出，如何在提高武器威力的同时大幅度降低其后坐力成了武器技术中-项重要而又长期的研究课题。目前，为了降低其后坐力，大多都配套了各种缓冲装置，但这些缓冲装置多存在着力值不可调的缺点，应用领域受到了-定程度的限制。因此，设计-种能耗大、缓冲效果好且阻尼力可调的缓冲器对于武器系统是必要而又迫切的。因此，本文提出了-种力值可调式液压缓冲器，并对该缓冲器的结构进行了分析，在此基础上建立了缓冲器的数学模型，利用 Matlab软件进行了动力学仿真计算。

1 液压缓冲器结构及工作原理液压缓冲器主要以液压油为缓冲介质，利用油液的粘性起阻尼作用。它通过缝隙节流或节流凶的方式，将部分冲击能转化为热能耗散于空气中，其余部分冲击能变成弹性能存储于复进簧中，从而实现缓冲效果。

液压式缓冲器主要由液压阻尼器和复进簧两部分组成，该缓冲器为可调阻尼缓冲器，将主动可调与被动可调相结合，主动可调提高了缓冲器阻尼的可调范围，被动可调实现了缓冲器在不同位移具有不同的缓冲性能，两者相结合，更好的提高系统的动力学性能。缓冲器原理图如图 1所示，由活塞、复进簧、针阀、液压缸等组成，主动可调通过控制活塞杆的位置调节可调节流孑L的面积来实现，被动可调则通过活塞位于开口槽不同位置形成不同节流面积来实现，继而调节后坐和复进时问，实现浮动射击。

I f /) 1佣 ∞ J 、l ， I /- ] -rL ：· I - ；∈-芒j二 二]1.活塞 (杆) 2.复进簧 3.针阀 4.液压缸 5.液量调节装 置图 1 液压缓冲器原理图缓冲器工作原理：后坐过程中，活塞向左运动，左腔体积减小，液体压力升高，迫使其中的液体经活塞杆内的流液孔向右腔流动。由于流液孔面积与活塞面积相比小得多，液体的流动受到-定的节制，使左腔压力升高，阻止活塞后坐运动，同时复进簧被压缩，储存-部分能量，供系统复进。当后坐运动结束，复进簧伸张，释放能量，推动活塞杆向右复进运动，达到缓冲效果。由于活塞杆两端结构的差异，自左腔流来的油液不足以充满右腔所增加的体积，于是增加了液量调节器，液量调节器由弹簧、调节活塞组成(见图 1)。液量调节器的作用是：在液体流动过程中，保证工作腔内始收稿 日期 ：2012-11.30作者简介 ：史华成(198O-)，男 ，江西南昌人，工程师，硕士研究生 ，主要从事航空结构设计研究工作。

70 液压与气动 2013年第 5期终充满液体，不形成空程性畸变。通常液量调节器流通面积远远大于活塞上的节流凶和活门的流通面积，而且液量调节器的预紧弹簧预紧力相对活门的弹簧的预紧力也是很小的，所以在后坐行程中，右腔的压力几乎和储油腔的油压是相等的。

另外，工作缸上开有宽度及高度均变化的凹槽，凹槽数 目可根据实际情况有所不同，当活塞处于工作缸的凹槽段时，-部份油液除如前所述通过可变节流孔和定节流孔流通外，还有-部份油液通过工作缸上的槽与活塞所形成的细长凶内流过。当活塞经过工作缸上凹槽的位置时，油液所能流过的通道的有效截面积是不-样的，这就出现了在同样的速度下 ，活塞在不同的位置段时油液的压力不同，从而使缓冲器所表现出不同的阻尼力。

2 动力学模型及仿真计算根据缓冲器的实际结构及工作原理，需要对模型进行简化处理，由于缓冲器特性影响因素繁多，所以在进行缓冲器的阻尼特性分析前，需要根据具体情况做出相应假设。

(I)设活塞与工作缸之间不产生泄漏；(2)除了节流孔和凹槽处所产生压力外，其他的流体损失忽略不计；(3)缓冲器封闭区域内同-瞬时的压力处处相等；(4)在不考虑温度对阻尼特性影响时，认为在整个工作过程中，缓冲器油液的温度保持不变。

根据假设条件将系统简化为受周期冲击信号作用的单自由度的质量弹簧阻尼系统，见图2，系统中质量块的位移由静平衡位置算起，即 ，由牛顿第二定律建立其运动微分方程：m dd2x2F Pl-F -F。-Ff-式中：m为后坐质量；F 为膛底合力；F为液压阻力；为复进簧预压力；F 为摩擦阻力；k为复进簧刚度。

图2 系统动力学模型根据流体力学原理缓冲器液压阻力为：F pA K2T A。- axl/ A式中：P为液压腔压力差； 为液体密度；A为活塞工作面积；a 为流液孔面积，其中工作缸上凹槽斜面简化为线性变化量；K为液压阻力系数，和结构与液体黏度有关的量，对于流液孔长径比在 10～20之间，通常K取初值为2(20℃)。

通过对液压缓冲器工作原理的分析，利用 MAT-LAB/Simulink拈对缓冲器建立了动力学仿真模型，模型框图如图 3所示。位移-时问曲线、力-位移曲线如图4所示，力.位移曲线如图5所示，仿真曲线饱满，无畸变 。

时间，sa)位移-时间曲线时间/sb)力-位移曲线图 5 力-位移 曲线3 结论由上述仿真计算可以看出，力值可调式液压缓冲器仿真曲线饱满，无畸变，可调性好，结构设计简单、工作可靠、可以有效降低系统后坐力，提高了缓冲器的gm/2013年第5期 液压与气动 7lDOI：10.11832/j.issn.1000-4858.2013.05.020铝合金厚板轧制设备电液位置伺服系统设计邵忠良Design of Electro-hydraulic Position Servo System of Rolling Equipmentfor Aluminum Alloy PlateSHAO Zhong-liang(广东水利电力职业技术学院 自动化工程系，广东 广州 510635)摘 要 ：针对 目前铝合金厚板轧制设备动力不足 、精度低、自动化程度不高的缺 陷，设计 了-种铝合金厚板c，，liI备电液位置伺服系统，试验表明，可达到较理想的效果。

关键词：铝合金；轧制设备；电液位置伺服 系统；设计中图分类号：TH137 文献标志码：B 文章编号：1000-4858(2013)05-0071-03引言在热轧板带的生产过程中，板厚精度是衡量生产质量的-个重要的指标，因此，精确调节轧辊辊缝，自动实现对来料厚度和温度等的动态控制，是生产优质产品的关键。电液位置伺服系统作为液压自动厚度控制系统的-项核心技术 叫 ，具有死区孝响应快、动态性能好、精度高等优点，得到了广泛的应用，成为铝合金生产设备中不可或缺的纽带。

本文阐述了电液位置伺服系统的组成及工作原理，针对目前铝合金厚板轧制设备动力不足、精度低、自动化程度不高的缺陷，设计了-种铝合金厚板轧制设备电液位置伺服系统及其动力机构，同时完成了系统的硬件配置和软件编程，可达到较理想的效果。

1 电液位置伺服系统组成及工作原理电液位置伺服系统主要由控制器、伺服放大器、电液伺服阀、液压缸、位移传感器等组成，其结构如图 1图 1 电液位 置伺服系统的结构 框图控制器采用 PID控制，将偏差信号的比例、积分、微分通过线性组合对被控对象进行控制。电液伺服阀是电液位置伺服系统的关键，电液伺服阀的特性直接决定了整个系统的特性。-般地，系统执行机构的固有频率低于 5O Hz时成惯性环节，高于 50 Hz时，作为二阶振荡环节处理。带内置式放大器的电液伺服阀是收稿 日期：2013-04-01基金项目：广东省 自然科学基金(8151063301000004)作者简介：邵忠良(1979～)，男，湖北鄂州人 ，工程师 ，硕士研究生，主要从事计算机控制技术方面的研究工作。

缓冲效率。同时，通过调节装置，可以适应环境变化对油液黏度的影响，提高了环境适应性。