高速止停缓冲器机理探究

张楠，孟丽华，王晓东

（营口职业技术学院机电工程系，辽宁 营口 115000）

高速止停缓冲器机理探究

Principle inquiry of fast stop cushioning device

张楠，孟丽华，王晓东

（营口职业技术学院机电工程系，辽宁 营口 115000）

通过对高速缓冲器的结构分析，提出高速不反弹缓冲器的缓冲方案，为高速小反弹复位缓冲的解决提出了建设性途径。

高速；止停；缓冲器

随着现代工业不断的快速发展，很多自动化设备需要高速运动、精准的动作；同时对设备的平稳性、安全性要求也更加苛刻［1］。尤其是当缓冲器作为执行部件，在设备上起到既缓冲又限定机器停止的位置，此种工况缓冲器的作用就更加重要。

本文针对企业需要，对电气开关的缓冲器进行了设计，在理论上进行分析和论证，并提出相应的结构方案，基本满足企业的要求，具有重要的工程应用价值。

1 工况要求

南京某企业在开发断路器时，为保证开关部件动作的准确和保护部件，在部件动作的末端安装一个缓冲器，以满足设备安全和工作的双重要求。缓冲器的实际工况是：瞬间撞击缓冲器的部件质量总重6 kg，撞击缓冲器的速度是12 m/s，缓冲行程14 mm，同时在缓冲的过程中要求反弹很小，恢复时将6 kg部件恢复到位。在开发产品的过程当中，企业选用国外某知名品牌的缓冲器，但使用的效果不理想，工作几次之后缓冲器出现了不同程度的损坏，同时还有反弹出现。常见的缓冲器的结构以ACE公司生产的MC75M为例，如图1所示。

2 传统缓冲器结构分析

图1 缓冲器结构简图

缓冲器由缓冲头、活塞杆、外缸、固定滑套、吸能海绵体、内缸、活塞和复位弹簧组成。在物体碰撞到缓冲器时，缓冲头带动活塞杆向活塞缸内运动，将内缸中的液压油经内缸上的油孔排出，被滑套中的吸能海绵吸收，同时复位弹簧被压缩。在达到缓冲行程之后，外缸里面存贮的液压油具有一定的压力，同时复位弹簧也因被压缩而具有回复的反力。这两种力量产生的反力会造成反弹。对于实际的工况，这种形式的缓冲器是不能满足要求的。

首先，排孔的速度最大为6 m/s，在缓冲器工作时，液压油不能及时的排出缸外，内部压力增大，增加了反力，加大了反弹；同时因缓冲容量小于撞击能量导致缓冲器损坏。

3 高速缓冲器结构分析

目前，对于缓冲速度高于6 m/s的缓冲器阐述的论文较少，王晓东在《高速缓冲器机理探究》一文中，对3 kg，速度50 m/s的缓冲器进行了分析，但是由于没有复位功能，不适用于企业的要求。

要想解决企业的难题，关键是要解决两个问题，高速缓冲和小反弹，待稳定一段时间之后再复位。其中处理复位的过程是最棘手的，既不立即复位而且还要复位。

在多次分析和试验之后，笔者设计了一款结构紧凑的缓冲器，其结构如图2所示。

图2 高速止停缓冲器结构简图

此款缓冲器由复合缓冲头、活塞杆、外缸、固定活塞、弹簧、旋转活塞、节流板、复位弹簧、强制止停销、法兰组成。

在部件高速撞击缓冲器时，复合缓冲头先消耗一部分能量，防止硬碰硬的快速撞击产生反弹；并带动活塞杆和活塞向下运动。在运动时，固定活塞和旋转活塞的两个孔从开始的接近闭合状态（如图3所示），因部件快速的移动，液压油被压缩，产生很大的压力，将旋转活塞推转动，孔的面积变大（如图4所示），使液压油从下腔排出到上腔，在部件被缓冲后，速度会逐步降低，在两个活塞之间的弹簧会恢复，使油流经的孔变小。在运动的过程当中，排油孔随部件的运动速度动态的变化，以适应断路器在缓冲过程当中速度的变化的需要。

除此之外，为了保证在规定的位置能较为准确地停稳，在活塞的下端设计了节流板，其目的是在活塞运行到位移的末端时，强制止停销堵死节流板上的孔，在最低端的油不再流出，迫使活塞停下来。在近乎停止时，活塞的速度很小，旋转活塞在弹簧的作用下使两个活塞又恢复到图3所示的状态。恢复弹簧要恢复，要克服底部的止停销从节流孔中出来，同时还要使上腔的油流经两个活塞组中很小的缝隙回到下腔，为减小上腔油压，缓冲器上端与大气联通，回油压力很小，这样活塞不能立刻回复。既在缓冲的末端不反弹，并经过一段时间要克服销与孔的脱离，在脱离时，因强制停止销与活塞之间的间隙很小，0.04～0.06 mm，在回复的开始时，活塞是基本不动的，在两者完全脱离时，活塞上移，将活塞和部件恢复到预定的位置。

图3 缓冲前两个活塞位置

图4 缓冲后两个活塞位置

4 结语

经过多次的反复，着重解决恢复力要大于活塞和部件质量的和，保证回复到初始位置，在缓冲的结束时，即使有恢复力，但是不能立刻回复的问题，考虑了很多方案。

（1）在缓冲结构上采用了随油压变化而变化的节流孔的结构，保证了高速运动的小质量部件的缓冲。

（2）采用了孔与强制止停销的结构，保证部件缓冲在缓冲末端的暂时停止并缓缓回复。

经过多次试验和修正，最终达到了预期的效果，满足用户的需要。

［1]王晓东. 硅谷［J］. 北京，2013，24：58～59.

［2]盛世超. 液压流体力学［M］. 北京：机械工业出版社，1981.

［3]李明智. 新型液气缓冲器的设计及分析［D］. 大连：大连海事大学，2010.

［4]章宏甲，周俊邦. 金属切削机床液压传动［M］. 南京：江苏工业出版社，1980.

［5]日本液压气动协会. 液压气动手册［M］. 北京：机械工业出版社，1984.

（P-01）

TP273

1009-797X（2016）04-0005-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.003

张楠（1983-），女，讲师，大学本科，在职硕士学位，研究方向为机械工程。

2016-01-06