一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法技术

本发明专利技术提出了重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，首先将控制杆分段，确定待设计变量；其次求解控制杆中间截面直径导数；随后得到控制杆外轮廓形状函数；再计算液压阻力曲线；然后根据期望得到的液压阻力曲线和设计得到的液压阻力曲线计算液压阻力曲线丰满度；计算液压阻力曲线光滑度；建立液压缓冲结构设计的数学模型；最后通过优化算法求解步骤7得到的数学模型，得到设计参数变量值。根据本发明专利技术设计得到的液压缓冲装置能够在重载荷冲击下起到良好的缓冲效果，同时提高液压缓冲装置的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法
本专利技术属于液压缓冲结构设计领域，特别是一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法。
技术介绍
工程中液压缓冲结构在汽车、高铁、航空航天、起重运输、高速试验回收等领域被广泛应用。在工程实际工作过程中经常存在冲击碰撞等情况，如果不加缓冲，将导致工作过程不平稳且机构易损坏。引入缓冲结构，能够防止工作过程中的硬性碰撞。特别对于重载荷冲击这样的特殊工况，需要设计液压缓冲结构。否则非但不能起到期望的缓冲效果，液压缓冲装置产生的液压阻力还会对缓冲装置本身产生冲击等不良影响。因此，合理设计液压缓冲结构，对工程中缓冲具有重要意义。目前的液压缓冲结构如图1所示，通过设计其中的控制杆外轮廓形状达到控制液压阻力变化规律的目的。目前广泛采用的控制杆外轮廓是分段线性形状，各段之间连接不光滑。在重载荷冲击下，液体高速流经控制杆不光滑部位时，会对控制杆产生冲击等不利影响，长期使用不仅缓冲失效，还将导致液压缓冲装置损坏失效。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，通过设计控制杆外形，达到控制缓冲过程中液压阻力变化规律的目的。实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，包括以下步骤：步骤1、将控制杆分段，确定待设计变量；步骤2、求解控制杆中间截面直径导数；步骤3、得到控制杆外轮廓形状函数；步骤4、计算液压阻力曲线；步骤5、根据期望得到的液压阻力曲线和设计得到的液压阻力曲线计算液压阻力曲线丰满度；步骤6、计算液压阻力曲线光滑度；步骤7、建立液压缓冲结构设计的数学模型；步骤8、通过优化算法求解步骤7得到的数学模型，得到设计参数变量值。本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：(1)通过设计控制杆外轮廓曲线形状，使得缓冲过程中液压阻力做功与期望做功保持一致，同时减轻液压阻力变化过程中出现的突变、间断、振荡等不利影响，在重载荷冲击下起到良好的缓冲效果；(2)控制杆轮廓曲线为分段三次样条形状，各段之间光滑连接，保证了液体流动过程中不会对控制杆产生冲击等不利影响，提高了液压缓冲装置的使用寿命。附图说明图1为本专利技术设计方法的流程图。图2为液压缓冲结构简图。图3为液压阻力曲线。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的介绍。结合图2，基于典型的液压缓冲装置，该液压缓冲装置包括：静止腔3、设置在静止腔3内的运动腔4、设在运动腔4内的控制杆5；所述控制杆5后端设置有两个第一流液孔1，前端设有两个第二流液孔2；缓冲过程中运动腔沿图2中x轴方向运动，静止腔和控制杆保持静止。流体分别经过第一流液孔1和第二流液孔2流入运动腔左侧和静止腔右侧，此过程产生液压阻力。本专利技术的重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，通过设计控制杆外形，达到控制缓冲过程中液压阻力变化规律的目的；结合图1，具体设计过程包含以下步骤：步骤1、将控制杆分段，确定待设计变量：以控制杆轴线为x轴建立坐标系如图2所示，设控制杆总长L。在控制杆上取n+1点将控制杆划分为n段，第i+1点的位置坐标为xi(0≤xi≤L,i＝0,1,2,…,n)，将每段轮廓设计成三次样条曲线形式。在控制杆上位置xi处，控制杆截面直径为yi，控制杆截面直径导数为mi。其中：y0,y1,…yn,m0,mn为待设计参数，共n+3个。步骤2、求解控制杆中间截面直径导数：控制杆中间截面直径导数m1,m2,…mn-1，通过求解以下矩阵方程得到：上式中：表示后长度比，表示前长度比，表示组合差商，hi＝xi-xi-1表示控制杆第i段长度，(i＝1,2,…,n-1)。步骤3、得到控制杆外轮廓形状函数：控制杆直径函数表示为：其中，x表示控制杆上任一点坐标位置，每一段三次样条函数的形式为：步骤4、计算液压阻力曲线：图2中：静止腔的内径为DT，运动腔的外径为dT，A0表示活塞工作面积(静止腔的内径截面积减去运动腔的外径截面积)；运动腔内径为dj，运动腔内径截面积为Aj；运动腔右侧环直径为dp，运动腔右侧环截面积为Ap；控制杆任意截面直径为y(x)，控制杆任意截面的截面积为Ax；液体密度为ρ；缓冲过程中，静止腔中液体流经图2中2号孔的液压阻力系数为K2，经过的最小截面积为A1；液体流经图2中1号孔的液压阻力系数为K1。根据上述参数计算液压阻力f：式中：t表示运动腔运动时间；表示运动腔运动速度。根据运动关系：x＝x(t)，最终可把液压阻力表示为随时间变化的函数：称液压阻力随时间变化曲线为液压阻力曲线。步骤5、根据期望得到的液压阻力曲线和设计得到的液压阻力曲线计算液压阻力曲线丰满度：设期望得到的液压阻力曲线F0和设计得到的液压阻力曲线F1，如图3所示，计算液压阻力曲线丰满度：步骤6、计算液压阻力曲线光滑度：选取控制杆各段连接处所对应的液压阻力曲线上的点，计算液压阻力曲线光滑度：步骤7、建立液压缓冲结构设计的数学模型：基于步骤1—步骤6，得到液压缓冲结构设计的数学模型：其中：“min”表示求最小值，“model”表示模型，“s.t.”表示约束条件，eps为给定阈值，“Var”表示待求变量，V表示待设计参数向量。步骤8、通过优化算法求解步骤7得到的数学模型，得到设计参数变量值：本专利技术采用遗传算法结合序列二次规划的方法求解液压缓冲结构设计数学模型，以此来满足全局搜索和局部精细求解的目的。先通过遗传算法进行求解，并将计算得到的结果作为初始值，利用序列二次规划方法计算获得最终解。通过以上步骤设计出来的控制杆轮廓曲线为分段三次样条形状，各段之间光滑连接保证了液体流动过程中不会对控制杆产生冲击等不利影响，减轻液压阻力变化过程中出现的突变、间断、振荡等不利影响。能够提高液压缓冲装置的使用寿命，同时重载荷冲击下能起到良好的缓冲效果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤:/n步骤1、将控制杆分段，确定待设计变量；/n步骤2、求解控制杆中间截面直径导数；/n步骤3、得到控制杆外轮廓形状函数；/n步骤4、计算液压阻力曲线；/n步骤5、根据期望得到的液压阻力曲线和设计得到的液压阻力曲线计算液压阻力曲线丰满度；/n步骤6、计算液压阻力曲线光滑度；/n步骤7、建立液压缓冲结构设计的数学模型；/n步骤8、通过优化算法求解步骤7得到的数学模型，得到设计参数变量值。/n

【技术特征摘要】
1.一种重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤:
步骤1、将控制杆分段，确定待设计变量；
步骤2、求解控制杆中间截面直径导数；
步骤3、得到控制杆外轮廓形状函数；
步骤4、计算液压阻力曲线；
步骤5、根据期望得到的液压阻力曲线和设计得到的液压阻力曲线计算液压阻力曲线丰满度；
步骤6、计算液压阻力曲线光滑度；
步骤7、建立液压缓冲结构设计的数学模型；
步骤8、通过优化算法求解步骤7得到的数学模型，得到设计参数变量值。


2.根据权利要求1所述的重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，其特征在于，在控制杆上取n+1点将控制杆划分为n段，第i+1的位置坐标为xi(0≤xi≤L,i＝0,1,2,…,n)，将每段轮廓设计成三次样条曲线形式；在控制杆上位置xi处，控制杆截面直径为yi，控制杆截面直径导数为mi；其中：y0,y1,…yn,m0,mn为待设计参数，共n+3个。


3.根据权利要求1所述的重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，其特征在于，通过求解以下矩阵方程得到中间截面直径导数m1,m2,…mn-1：



其表示后长度比，表示前长度比，表示组合差商，hi＝xi-xi-1表示位置差；xi表示控制杆上第i处位置，yi表示控制杆上第i处位置的直径。


4.根据权利要求2所述的重载荷冲击下液压缓冲结构设计方法，其特征在于，步骤3控制杆每一段三次样条函数的形式为：





5.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱林方，陈光宋，汤劲松，陈龙淼，徐亚栋，邹权，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32