液压与弹簧缓冲器的比较及结构分析

2023-07-01 理论教育版权反馈

【摘要】：即我国对缓冲器的制造是有着严格规定的。当货厢撞击缓冲器时，缓冲器应无永久变形。聚氨酯材料是典型的非线性材料，因其受力后在缓冲器内部存在摩擦阻尼，所以其变形有滞后性。缸体内注有缓冲器油13。因此，液压缓冲器具有缓冲平稳的优点，在使用条件相同的情况下，液压缓冲器所需的行程比弹簧缓冲器减少50%。图3-44所示为常见液压缓冲器的实物及结构

缓冲器的功能是当简易升降机在运行过程中下坠时，吸收撞击力产生的冲击力，从而有效地保护和减轻由于撞击导致的设备损坏，是简易升降机撞底的缓冲保护，也是蹲底的最后保护。简易升降机的缓冲器安装在货厢的行程底部的极限位置，缓冲器下部有缓冲器支座，其高度设置需要符合一定的要求，如必须保证简易升降机底坑的空间要求，防止对在底坑作业的工作人员造成危险和伤害。即我国对缓冲器的制造是有着严格规定的。当货厢撞击缓冲器时，缓冲器应无永久变形。

目前在用的缓冲器主要分两类：①是蓄能型缓冲器，其种类有橡胶缓冲器、弹簧缓冲器和聚氨酯缓冲器；②是耗能型缓冲器，常见的是液压缓冲器。

（一）蓄能型缓冲器

蓄能型缓冲器又可分为线性蓄能缓冲器和非线性蓄能缓冲器。

1.橡胶缓冲器（见图3-37）是一种高弹性、高韧性的橡胶类制品，其结构简单、使用范围广，但是吸能少、容易腐蚀风化，一般简易升降机上不使用。

图3-37 橡胶缓冲器

2.弹簧缓冲器

弹簧缓冲器（见图3-38）一般由缓冲橡胶、缓冲座、弹簧及底座等组成，用地脚螺栓固定在底坑基座上。对行程高度较大的弹簧缓冲器，为了增强弹簧的稳定性，在弹簧下部设有弹簧导套（见图3-38b），在弹簧中设导向杆。弹簧缓冲器的实物构造图如图3-39所示。

图3-38 弹簧缓冲器

图3-39 弹簧缓冲器的实物

弹簧缓冲器是一种蓄能型缓冲器，因为弹簧缓冲器在受到冲击后，它能将货厢或对重的动能和势能转化为弹簧的弹性变形能（弹性势能）。由于弹簧的反力作用，在货厢或对重刚接触缓冲器的一段时间内会使货厢或对重得到缓冲、减速。但当弹簧压缩到极限位置后，弹簧要释放缓冲过程中的弹性势能，这会使货厢反弹上升。撞击速度越高，反弹速度越大，并反复进行，直至弹力消失、能量耗尽，简易升降机才会完全静止。正是由于弹簧缓冲器的特点是缓冲后存在回弹现象，存在着缓冲不平稳的缺点，所以弹簧缓冲器仅适用于低速设备。

3.聚氨酯缓冲器

弹簧缓冲器属于线性蓄能缓冲器，聚氨酯缓冲器（见图3-40）则属于非线性蓄能缓冲器。聚氨酯材料是典型的非线性材料，因其受力后在缓冲器内部存在摩擦阻尼，所以其变形有滞后性。聚氨酯材料是聚氨基甲酸酯的简称，它是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”。在聚氨酯缓冲器内部有很多微小的“气孔”，由于这些气孔的存在，缓冲器受到冲击时，它将货厢冲击的动能转化为热能释放出去，从而对货厢的冲击产生了较大的缓冲作用。

聚氨酯缓冲器在受到冲击时几乎没有反弹力的冲击，单位体积的冲击容量大，安装更换方便简单，制造成本低廉，但是其抗腐蚀老化性能差（见图3-41），更换周期相对弹簧缓冲器和液压缓冲器要短。

图3-40 聚氨酯缓冲器

图3-41 老化腐蚀后的聚氨酯缓冲器

聚氨酯缓冲器由于其综合了弹簧缓冲器和液压缓冲器的优点，所以其在简易升降机中被大量使用。

缓冲器能在设备故障撞底时起缓冲作用，能减小撞击对设备的损坏，其缓冲能力根据设备的实际情况配置，如采用耗能型缓冲器，则必须设置检查缓冲器是否正常复位的电气装置。

一般情况下，缓冲器均设置在底坑内（见图3-42），也有缓冲器设置在货厢、对重（平衡重）的底部并随之一同运行的，此时缓冲器作为货厢底部的最低部件，在货厢平层时就已经进入底坑空间，这将对在底坑作业的人员造成危险，所以应该在缓冲器的作用点上设置一个一定高度的障碍物，这个障碍物一般使用土建结构构成，使得即使缓冲器冲击时，在底坑工作的人员仍然有足够的空间容身，这也同时能让在底坑作业的人员提前知道哪些空间是存在撞击危险的。

图3-42 底坑缓冲器的设置

对于简易升降机这类低速度运行的设备，缓冲器也可使用实体式缓冲块来代替，其材料可以是橡胶、木材或其他具有适当弹性的材料制成。实体式缓冲块也应该具有符合要求的强度和行程，应能承受具有额定载荷货厢（或者对重）以限速器动作时的下降速度冲击而无损坏和永久性变形。

（二）耗能型缓冲器

耗能型缓冲器一般指液压缓冲器。液压缓冲器（也称油压缓冲器）的优点是吸能较大、缓冲效果好、反弹力小及相同缓冲能力的行程较小，缺点是结构复杂、生产精度要求高、造价高、维修更换成本高，以及液压油路易泄漏、易出故障，液压油容易变质。

图3-43 油孔柱式液压缓冲器

1—橡胶垫 2—压盖 3—复位弹簧 4—柱塞 5—密封盖 6—液压缸套 7—弹簧托座 8—注油弯管 9—变量棒 10—缸体 11—放油口 12—液压缸座 13—缓冲器油

14—环形节流孔

液压缓冲器主要由缸体、柱塞、缓冲橡胶垫、油位检测孔、缓冲器检测开关及复位弹簧等组成，其中缸体内注有液压油（缓冲器油）。

油孔柱式液压缓冲器（见图3-43）的基本构件是缸体10、柱塞4、缓冲橡胶垫1和复位弹簧3等。缸体内注有缓冲器油13。其工作原理是当油压缓冲器受到货厢和对重的冲击时，柱塞4向下运动，压缩缸体10内的缓冲器油，缓冲器油通过环形节流孔14喷向柱塞腔。当缓冲器油通过环形节流孔时，由于流动截面积突然减小，就会形成涡流，使液体内的质点相互撞击、摩擦，将动能转化为热量散发掉，从而消耗了简易升降机的动能，使货厢或对重逐渐缓慢地停下来。因此，液压缓冲器是一种耗能型缓冲器，它是利用液体流动的阻尼作用，缓冲货厢或对重的冲击。当货厢或对重（平衡重）离开缓冲器时，柱塞4在复位弹簧3的作用下向上复位，缓冲器油重新流回缸体，恢复正常状态。由于液压缓冲器是以消耗能量的方式实行缓冲的，因此无回弹作用，同时由于变量棒9的作用，当柱塞在下压时，环形节流孔的截面积逐步变小，能使货厢的缓冲接近匀减速运动。因此，液压缓冲器具有缓冲平稳的优点，在使用条件相同的情况下，液压缓冲器所需的行程比弹簧缓冲器减少50%。

为了验证柱塞完全复位的状态，耗能型缓冲器上必须有电气安全开关，安全开关在柱塞开始向下运动时即被触动并切断简易升降机的安全电路，直至柱塞向上完全复位时开关才恢复接通。缓冲器油的黏度选择与缓冲器要承受的工作载荷有直接关系，一般要求采用有较低的凝固点和较高黏度指标的高速机械油。油的黏度越大，其液压缓冲器适用的简易升降机的吨位越大；反之越小。

图3-44所示为常见液压缓冲器的实物及结构图。

图3-44 常见液压缓冲器的实物及结构图

液压缓冲器中的缓冲垫一般由橡胶制成，它可以避免撞击时货厢或对重的金属部分与缓冲器直接相撞，而柱塞和缸体一般由钢管制成，复位弹簧必须有足够的弹力使柱塞处于全部伸长位置。油位检测孔可以用来观察油位和加注液压油，缸体底部有放油孔，平时加油孔和放油孔必须用油塞塞紧，防止使用过程中因漏油而降低缓冲器的缓冲效果。

液压缓冲器中的电气检测开关的作用：当缓冲器柱塞发生故障时，有可能造成柱塞不能在规定的时间内回复到原来的全部伸长位置。如果不装设电气检测开关，来保证缓冲器柱塞回复到原来全部伸长位置才能运行简易升降机，那么等下次发生货厢蹲底冲击缓冲器时，柱塞因不在原来全部伸长位置，缓冲器的缓冲效果就达不到预期，甚至失效。

在正常情况下，在货厢（对重）发生蹲底冲击缓冲器的过程中，缓冲器的电气检测开关会动作，以切断简易升降机的控制电路；当货厢（对重）向上运行离开缓冲器时，缓冲器的柱塞会慢慢回复，等回复到全部伸长位置时，缓冲器开关会接通简易升降机的控制电路，简易升降机才能正常运行。若缓冲器柱塞无法回复到全部伸长位置，则简易升降机就不能运行，这样就保证了简易升降机在运行状态下，柱塞都处于全部伸长状态。缓冲器的电气检测开关可采用微动开关或行程开关，开关应动作可靠、反应灵活、反复动作复位性能好。但并不强制要求符合安全触点要求，这一点和极限开关有所不同。

缓冲器在安装位置上应固定可靠，耗能型缓冲器的液位应当正确，有验证柱塞复位的电气安全开关。根据安装的位置不同，缓冲器又可以分为货厢缓冲器和对重缓冲器。对于货厢缓冲器，一般安装在货厢底部或者货厢底坑的基座上；当货厢超载10%，并以限速器允许的最大速度向下冲底时，缓冲器能承受相应的冲击力。对重缓冲器则一般用于曳引式简易升降机。

液压与弹簧缓冲器的比较及结构分析

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