[發明專利]一種擠壓油膜緩沖式液壓執行機構

有效

• 申請號: 202111286985.5
• 申請日: 2021-10-21
• 公開（公告）號: CN114017293B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 張進杰;張慧斌;王瑤;江志農;孫旭
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F04B39/02
• 分類號: F04B39/02;F04B39/00;F04B39/04;F04B37/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種擠壓油膜緩沖式液壓執行機構，其特征在于：

液壓機構呈分體式柱狀結構，包括進油口A(1)、O形圈(2)、缸體一(3)、進油口B(4)、缸體二(5)、漏油收集腔(6)、漏油回收口(7)、漏氣回收腔(8)、漏氣回收口(9)、缸體三(10)、防塵塊(11)、防塵擋圈(12)、頂桿(13)、密封塊(14)、支架(15)、密封塊一(16)、擋蓋(17)、擠壓油膜腔(18)、緩沖盤(19)、柱塞(20)、彈簧(21)、液壓油工作腔(22)；

將上缸體分為缸體一(3)和缸體二(5)，通過螺栓與缸體三(10)固定，缸體一(3)中柱塞(20)上部空間為液壓油工作腔(22)，與進油口A(1)相通，控制著柱塞(20)的頂出和撤回，彈簧(21)置于液壓油工作腔(22)內，缸體二(5)上部設有凹槽(23)，帶緩沖盤柱塞(20)安裝于凹槽(23)內，緩沖盤(19)與凹槽形成的空間為擠壓油膜腔(18)，與進油口B(4)相通，缸體三(10)擋圈下依次設有密封塊一(16)、支架(15)、密封塊(14)、防塵塊(11)和防塵擋圈(12)，頂桿(13)下部凸出部分通過壓蓋安裝于卸荷器內，上部安裝于缸體內，頂端與柱塞(20)接觸處設有漏油收集腔(6)，并設有漏油回收口(7)，在密封塊(14)與密封塊一(16)之間設有漏氣回收腔(8)，與漏氣回收口相通(9)。

2.根據權利要求1所述的擠壓油膜緩沖式液壓執行機構，在緩沖盤(19)下平面設有凸出結構(24)，在凹槽(23)平面設有與凸出結構相應的凹入結構(25)，凸出結構與凹入結構的配合，用以增強擠壓效應。

3.根據權利要求1所述的擠壓油膜緩沖式液壓執行機構，其運動特征在于：

1)初始狀態為：頂桿(13)一端通過壓蓋固定于卸荷器之內，另一端穿過密封塊(14)與密封塊一(16)位于缸體三(10)擋圈處，且液壓油工作腔(22)內無油，柱塞(20)上部彈簧(21)處于預壓縮狀態，由于彈簧力的作用柱塞(20)與頂桿(13)接觸；

2)當液壓油通過進油口A(1)進入液壓油工作腔(22)，在液壓力的作用下推動柱塞沿液壓油工作腔中心軸線向下運動，同時進油口B(4)接通，液壓油進入擠壓油膜工作腔(22)，所述的帶緩沖盤的柱塞安裝于缸體二內部，緩沖盤(19)的下平面與凹槽(23)平面之間充滿液壓油，當柱塞(20)向下運動時，擠壓油膜內的流體質點互相擠壓，而產生了升高的壓強將油液擠向四周，產生了液體的徑向流動，壓強升高產生了與柱塞運動方向相反的反推力；在初始時刻形成的油膜為初始油膜，該油膜厚度為δ₁，經過液壓油工作腔(22)液壓力、卸荷器內彈簧力、自身重力以及油膜阻尼力的綜合作用下，經過一定時間，柱塞運動到下限位，在柱塞運動到下限位時形成的擠壓油膜，這個油膜為最終擠壓油膜，厚度為δ₂；此時，頂桿(13)帶動卸荷器，完成頂開吸氣閥閥片工作，工作時間為頂出時間Δt；

3)當液壓油工作腔(22)內液壓油回流，液壓油工作腔內壓力降低，在卸荷器內彈簧力作用下，頂桿(13)向柱塞(20)方向撤回，推動柱塞向彈簧(21)方向運動；

4)重復步驟2)-3)。

4.根據權利要求1所述的擠壓油膜緩沖式液壓執行機構，其特征在于采用擠壓油膜進行緩沖；柱塞(20)半徑為r₁，緩沖盤(19)半徑為r₂，柱塞(20)運動速度為v_z，柱塞(20)的行程為H，實時油膜厚度為δ，初始擠壓油膜厚度δ₁與最終擠壓油膜厚度δ₂設計方法如下：

1)確定頂出時間Δt

設壓縮機的轉速為n，工作周期應保證頂出時間的合理范圍為總周期的則頂出時間

2)確定柱塞(20)的重力G、所受的液壓力F_P、阻尼力F_B和彈簧力F_x

設機構上控制腔面積為A_s，工作壓力為P_s，則油壓力F_P＝P_s*A_s；

設帶緩沖盤柱塞質量為m，柱塞的重力G＝mg；

設卸荷器內彈簧預壓縮量為x₁，頂出完成時的壓縮量為x₂，彈簧剛度系數為k，則彈簧力F_x＝kx₁+kx₂；

根據油膜厚度很小，油膜內部的油液流動層流流動以及擠壓油膜的軸向擠壓產生的流量與沿徑向壓差流動流量相等，徑向變量為r，確定油膜阻尼力

3)根據確定的頂出時間Δt和柱塞(20)位于下限位時處于受力平衡狀態以及柱塞行程來設計擠壓油膜的厚度δ₁和δ₂；

初始擠壓油膜厚度δ₁與最終擠壓油膜厚度δ₂之差為柱塞(20)的行程H；當柱塞運動到下限位時，柱塞所受的油壓力和自身重力之和等于卸荷器內彈簧力和阻尼力之和；故通過以下方程組即可計算擠壓油膜初始厚度和最終厚度；

上式中各字母意義代表如下：

r₁：柱塞半徑；

r₂：緩沖盤半徑；

r：徑向變量；

t：時間；

H：柱塞行程；

δ：實時油膜厚度；

δ₁：初始擠壓油膜厚度；

δ₂：最終擠壓油膜厚度；

Δt：頂出時間；

T：工作周期；

n：工作轉速；

G:柱塞重力；

F_P：液壓力；

F_x:彈簧力

F_B:阻尼力；

P_s：工作壓力；

μ：動力粘度；

p(r)：壓力；

g：重力加速度。