基于AMESim的油壓緩沖器仿真與研究

金映麗，賈 偉

(沈陽工業(yè)大學 機械工程學院，遼寧 沈陽 110870)

0 前言

企業(yè)對制造設備在工作過程中產生的沖擊振動的控制精度越來越高，怎樣減小振動和沖擊已經成為現(xiàn)代制造業(yè)中迫切解決的問題之一[1]。緩沖器一般用于產生碰撞和沖擊的設備之間，產生碰撞時可以形成一個安全緩沖區(qū)，可以吸收并轉化沖擊帶來的能量，增加沖擊載荷作用的時間，進而避免碰撞和沖擊帶來的負面影響，起到保護工作設備作用。在眾多類型的緩沖器中，油壓緩沖器以緩沖性能穩(wěn)定、吸能量大的優(yōu)點，得到了廣泛的應用。油壓緩沖器的主要功能就是消除非機械運動過程中的振動沖擊和碰撞損壞[2-4]。

本文以一種廣泛應用的AC2025小型多孔式油壓緩沖器為研究對象，通過AMESim軟件仿真模擬進行建模仿真[5]，得到緩沖器在緩沖過程和復位過程中緩沖性能的相關變化曲線，驗證油壓緩沖器符合工作過程平穩(wěn)的要求。為油壓緩沖器的關鍵結構優(yōu)化設計提供參考。

1 緩沖工作原理

油壓緩沖器的結構如圖1所示，該緩沖器主要是通過內缸筒壁上離散分布的節(jié)流孔來實現(xiàn)緩沖作用。當沖擊物撞擊緩沖器撞頭時，撞頭通過活塞桿使活塞向左移動，高壓腔內的油壓急劇升高，油液在活塞的作用下，迫使高壓腔中的油液經節(jié)流孔流出到低壓腔中，油液一部分經回油孔流回到內缸，一部分進入蓄油海綿中。隨著活塞桿不斷向前運動，經過的節(jié)流孔越來越多，節(jié)流孔的有效面積不斷減小，使得活塞桿的阻力越來越大[6]，活塞的速度也受到限制，從而達到緩沖的目的。當外力消除后，復位彈簧迅速推動活塞桿復位，緩沖器內缸筒壁面形成負壓，活塞在復位時起到止回閥的作用，止回閥打開，油液迅速回到內缸筒內，緩沖器恢復初始狀態(tài)，等待下次動作。

圖1 油壓緩沖器結構示意圖

2 AMESim計算仿真

AMESim是由法國公司IMAGINE于1995年首次推出的，基于鍵合圖的多學科復雜系統(tǒng)建模和仿真平臺，包括機械、液壓、氣動、熱、電和磁等學科[7]。

2.1 仿真參數

本文以型號為AC2025的油壓緩沖器為例，模型仿真參數設置，如表1、表2所示。

表1 油壓緩沖器的主要參數

表2 0位移時孔的位置和孔徑

油壓緩沖器的節(jié)流小孔為刃口，參考液壓流體力學，節(jié)流孔的流量方程為[8]：

2.2 模型建立

使用AMESim軟件液壓流體系統(tǒng)的液壓庫和液壓元件設計(HCD)庫、控制系統(tǒng)的信號庫、機械系統(tǒng)的機械庫中的的元部件來建立仿真模型。首先，使用HCD庫中的單側圓柱滑閥模塊等效緩沖器的節(jié)流孔，在實際創(chuàng)建模型時，模型結構中有幾個節(jié)流孔就對應幾個滑閥模塊。本模型內缸筒上一共有8個節(jié)流孔，所以仿真模型使用8個單側圓柱滑閥模塊來表示，并用活塞位移來控制各個節(jié)流孔的作用與否；然后，使用液壓庫中的可變容腔和不變容腔來等效緩沖器的腔體，一個可變容腔代表無活塞桿腔，一個可變容腔代表有活塞桿腔，一個不變容腔來代表內、外缸筒組成的不變的環(huán)形腔[9]，最后，機械庫中的質量模塊用于等效活塞桿組件質量和沖擊物質量，來體現(xiàn)活塞桿的受力，用彈簧模塊來等效復位彈簧。當外部沖擊消除時，復位彈簧和活塞內部止回閥共同作用使活塞桿復位。利用信號庫的速度傳感器和液壓庫的節(jié)流孔來模擬活塞內部的止回閥，當活塞桿的運動速度為0時，止回閥開啟，使緩沖器迅速恢復初始狀態(tài)，準備下次工作[10]。將所選元件合理連接，建立如圖2所示為油壓緩沖器Amesim模型。

圖2 油壓緩沖器AMESim模型

2.3 仿真結果

將仿真參數代入模型中，仿真結果如圖3～圖6所示。

如圖3所示，速度在緩沖階段0.07 s時由初速度3 m/s平穩(wěn)快速的降到0 m/s,復位階段由于活塞結構的回油通道打開，使活塞迅速復位；如圖4所示，活塞運行到11.6 mm時將沖擊能量吸收，滿足油壓緩沖器的最大緩沖行程；圖5、圖6中，活塞在經過節(jié)流孔時，壓力會先上升再下降，發(fā)生輕微波動，符合實際情況，驗證了仿真模型的準確性。

圖3 速度變化曲線

圖4 位移變化曲線

圖5 加速度變化曲線

圖6 緩沖力變化曲線

3 結論

利用AMESim軟件對小型多孔式油壓緩沖器進行仿真，對緩沖階段和復位階段的緩沖性能進行了研究。表明該緩沖器在一定工況下能起到比較滿意的緩沖效果，能使沖擊物平穩(wěn)的降低速度，減少機械設備間的振動和碰撞。為下一步提高油壓緩沖器的緩沖效率對關鍵結構參數優(yōu)化設計奠定了基礎。為緩沖器的創(chuàng)新設計提供了理論支撐。