跌落试验台缓冲器的缓冲特性分析
大型跌落冲击试验台在做冲击测量时会对基座产生较大的冲击载荷，需要采用缓冲器来抵消部分冲击能量，以减小冲击力。本文通过设计多孔式液压缓冲器，并运用AMESim液压软件对该缓冲器的工作过程进行建模与仿真分析，为跌落试验台基座缓冲研究提供一定的参考。
多孔式液压缓冲器由活塞杆、外筒体、内缸、缓冲器低压腔、储能器、缓冲器回油孔、缓冲器节流孔、缓冲器高压腔以及复位弹簧等组成。
多孔式液压缓冲器工作原理：当液压缓冲器受到跌落碰撞压力时，动能经塞头和加速弹簧转给活塞，使其向右运动。多孔式液压缓冲器高压腔内装有一个复位弹簧、顶杆以及油液。活塞的运动挤压高压腔内的油液，使其复位弹簧压缩，同时使油液从活塞杆与内腔之间的节流孔挤压出来，进入低压腔。当活塞杆开始运动时，由于与内腔之间的节流孔数量较多，油液容易被挤出。当活塞杆继续运动时，节流孔数量及节流面积越来越小，即活塞阻力不断增大，到顶杆的圆柱形阶段后，节流孔都被活塞杆挡住间隙为零，阻力也稳定于最大值。缓冲器被压缩的过程是通过活塞挤压油液做功的过程，液体经过节流孔时产生液压阻力，在液压阻力和复位弹簧阻力的共同作用下实现对冲击平台的缓冲减速，这一过程消耗了大量动能，起到了缓冲作用。当工作完毕，活塞被复位弹簧推至原始位置，完成一个工作循环。
在多孔式液压缓冲器建模过程中，用 AMESim 软件中的限位质量块模拟活塞杆，单侧阀口节流模型来模拟节流孔的节流作用，有几个节流孔就选用几个单侧阀口模型来模拟。用 2 个可变容腔分别模拟高压腔和低压腔；右侧用带阻尼阀口的模型来模拟液压缓冲器的复位弹簧，最右端用零力元件将液压缓冲器底部封口，最后将所选元件合理连接，将液压缓冲器等效为图 1 所示的仿真模型。
图1、多孔式液压缓冲器AMESim仿真模型
多孔式液压缓冲器在内油缸壁上有两种钻孔方法：一种是节流孔之间距离相等，节流孔孔径不等；另一种是节流孔之间距离相等，节流孔孔径大小不等。第一种钻孔方法设计工作量大，第二种钻孔方法设计方便，性能易于控制。
主要设计参数：冲击质量块质量 M=1 000kg，冲击速度 v=1m/s，多孔液压缓冲器缓冲行程 S=60mm，阻尼孔个数n=6，复位弹簧刚度k=200N/mm，预紧力200N。仿真模拟节流孔孔径分别为2、3mm和4mm时缓，冲行程随时间变化的曲线如图2所示。
图2、不同节流孔径的缓冲行程-时间曲线
从图 2 可以得出随着节流孔直径的增大，液压缓冲器的冲击缓冲行程也随之增大，振动周期变多，缓冲时间增加，阻尼力随着节流孔的增加而减小。图3是不同节流孔直径高压腔压力-时间曲线，能为后续设计多孔液压缓冲器的结构、壁厚以及选用材料提供帮助。
图3、不同节流孔直径高压腔压力-时间曲线
本文给出了多节流孔液压缓冲器结构及 AMEsim 液压仿真模型，着重研究了节流孔的流量压差特性，模拟分析不同节流孔直径对多孔液压缓冲器动态特性的影响，分析了不同节流孔直径对多孔液压缓冲器高压腔产生的压力。对后续设计多孔液压缓冲器的结构、壁厚以及所用的材料提供帮助，该模拟方法为此类型结构形式的液压缓冲器尺寸参数优化设计提供了理论支撑。
参考文献：刘 欢 闫 明 跌落试验台缓冲器的缓冲特性分析
