一种柱塞式气力缓冲器结构与性能研究

评价指标：缓冲容量、缓冲效率和衰减系数[14]，计算方法见公式（1）～（3）。

E=S1-S2。

式中：E为缓冲容量；S1为压缩曲线与位移轴所围面积；S2为回复曲线与位移轴所围面积。

ηE=[SX（]S1[]S3[SX）]×100%。

式中：ηE为缓冲效率，%；S3为最大缓冲力与缓冲行程构成的长方形面积，N·m。

φE=[SX（]E[]S1[SX）]×100%。

式中：φE-衰减系数。

2.2 结果与分析

2.2.1 缓冲曲线

通过缓冲曲线圖3可以看出，压缩曲线可分为3个阶段：缓冲阶段、排气阶段与回复阶段。缓冲阶段曲线并未呈现出理想状态下气体压力-容积的变化形态。这是由于缓冲器零部件众多，存在微量漏气和运行阻力变化等因素，导致在气体压缩阶段，即缓冲阶段曲线1呈现曲折上升形态，压缩终了时最大载荷为21 330N，此时，排气通路接通，气室内高压气体迅速排出，气室内压力迅速下降，排气阶段曲线2呈直线下降形态。

气力缓冲器相对于其他类型缓冲器的显著特点有两个，一是缓冲阶段终了时，气室内高压气体迅速排出，没有出现阀门（或溢流阀）型排气在此时出现的高压反弹情况；二是回复阶段曲线载荷为0，在缓冲曲线中表现在回复阶段曲线与位移轴线重合，本实验中，虽然存在复位弹簧，但由于复位弹簧刚性系数很小，在缓冲曲线中仍表现出回复阶段曲线与位移轴线重合，如图3所示。

2.2.2 缓冲特性

根据图2，采用方格法计算缓冲特性指标，结果为：缓冲容量600 J；缓冲效率46.88%；衰减系数100%。由于制造、安装精度问题，缓冲容量只达到设计的93.75%，但其偏差未超过10%，是可以接受的。导致缓冲容量为达到设计能力的原因可能是：①缓冲器密封件磨合时间短；②试验中，万能电子试验机运行速度低，冲击速度慢；③实验中缓冲器竖直放置，导致了进气孔处平垫片密封不严密。

相对于以弹簧、橡胶、弹簧-橡胶、液压各类型缓冲器，该柱塞式气力缓冲器的缓冲效率和衰减系数显著高于弹簧、橡胶、弹簧-橡胶等缓冲器[14-15]；缓冲效率低于液压缓冲器[16-18]，而衰减系数高于液压缓冲器（见表1）。液压缓冲器虽然缓冲效率很高，但制造安装要求精度高，而本文的柱塞式气压缓冲器安装精度要求低，且兼有衰减系数高于液压缓冲器的优点。鉴于本文柱塞式气压缓冲器的缓冲特性，可省去复杂的缓冲器电子控制系统[19-20]。

3 结论

本文提出了一种用于起重机的新型柱塞式气压缓冲器，通过对缓冲器结构和性能的分析得出如下结论：

（1）柱塞式气压缓冲器结构简单，制造安装精度要求低，制造成本低。

（2）柱塞式气压缓冲器的缓冲效率和衰减系数分别为46.9%和100%，显著高于弹簧、橡胶、弹簧-橡胶缓冲器；缓冲效率低于液压缓冲器，而衰减系数高于液压缓冲器。综合制造安装精度要求，柱塞式气压缓冲器优于其他各类型缓冲器。

【参 考 文 献】

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