基于弹簧支撑的缓冲单元抗冲击性能研究.pdf

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1、第14卷第16期2014年6月科学技术与工程Vol_14No．16Jun．2014l671—1815(2014)16—0234—05ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．仪表技术基于弹簧支撑的缓冲单元抗冲击性能研究张亮(中国船舶重工集团公司第七一0研究所，宜昌443003)摘要针对基于弹簧支撑的缓冲单元抗冲击性能研究较少的现象，以某试验缓冲平台为研究对象，考察基于弹簧支撑的缓冲单元的抗冲击性能，以最恶劣工况考核了缓冲单元的抗冲击性能。研究表明基于弹簧支撑的

2、缓冲单元具有较好地抗冲击性能。通过分析弹簧刚度对缓冲性能的影响，得出弹簧刚度应在200～250kN／m范围内选取。通过研究，为基于弹簧支撑缓冲结构的进一步设计提供指导。关键词弹簧缓冲单元抗冲击性能应力加速度中图法分类号TH122．3；文献标志码A橡胶和弹簧是两种常用的基于摩擦或阻尼的缓冲材料I2J。橡胶材料缓冲时将动能转换成弹性势能，同时依靠高分子材料的内摩擦把部分动能转化为热能，使用橡胶作缓冲材料时存在易老化和性能受温度影响变化大的不足I4；弹簧是一种弹性元件，可以在载荷作用下产生较大的弹性变形，在各类机械中应用十分

3、广泛J。钢弹簧是常见的缓冲元件，承受冲击时通过将动能转化成压缩势能来获得减小碰撞刚度的缓冲效果，钢弹簧材质均匀、性能稳定、承载力高、耐久性好、结构简单并几乎不受温度影响，但由于阻尼系数很小，隔振效果较弱，为了尽图1某试验缓冲平台快衰减动载，系统趋于稳定、不产生共振，一般在弹Fig．1Atestingbufferplatform簧系统中并联阻尼器。关于弹簧刚度、强度以及缓冲隔振性能的问题弹簧的势能，则很多学者做了大量的研究，有关基于弹簧支撑的缓my1m,i)21Nk(1一一0：IVl~x)冲单元抗冲击性能研究还鲜有文献，

4、本文以某缓冲试验平台为研究对象，考察基于弹簧支撑缓冲单元式(1)中，m为被试品质量，为被试品碰撞速度，为被试品初速度，Ⅳ为弹簧个数，k为单根弹簧刚的抗冲击缓冲性能，为进一步的设计工作提供指导参考。度，为弹簧变形量。已知被试品最大重量为1．7t，最大冲击接触速度为6．5m／s，则弹簧最大吸收能1计算模型量Q为某试验缓冲平台如图1所示，该平台可承受不Q=35912．5J(2)压簧材料采用65Mn，初选弹簧刚度为200kN／m，同被试品不同速度的跌落冲击，在冲击过程中，既要则弹簧的平均压缩量为保证被试品不被损坏，又要保证平台

5、的完好性。基于弹簧支撑的缓冲单元如图1所示，每个缓。mm(3)冲单元由9根并联的弹簧和上下连接的钢板组成。随着有限元技术的发展，有限元软件不仅能够不考虑摩擦吸收的能量，设冲击的动能全部转化为精确模拟复杂的碰撞接触问题，而且提供了丰富的单元库，如弹簧单元、质量单元以及连接单元等，2013年11月4日收到，12月24日修改第一作者简介：张亮，男，博士。E·mail：zhangtdehao@163．COB。为更好地计算分析提供了方便。16期张亮：媾F弹簧支撑的缓冲单元抗冲山性能研究235建立弹簧缓冲层的有限元计算模型，如图2

6、所2计算工况示4一。同中为个基础缓冲单元组成的个缓冲单元，上冲击面钢板和钢板之问采用铰接，每条边均布缓冲层要承受被试品最大重量1．7t，最大速度3个铰，用连接单元模拟，下支撑面钢板和钢板之间6．5m／s的冲击，被试品冲击缓冲层时可能有不同采用角钢焊接，上下钢板之问采用弹簧支撑，弹簧自的角度，按最恶劣垂直冲击工况计算缓冲层和被试Ih高度550mm，用弹簧单元模拟。计算模型基本参品的动态响应，被试品可能冲击在缓冲层的不『亩】位数如表1所示。置处。根据被试品撞击缓冲层的位置不同，取几处典型位置作为计算工况31～工，如图所示工

7、况况3。3结果分析3．1被试品响应随机选取被试品四个点作为参考点，考察被试品的加速度响应，如图4所示。1～工况3下被试品的加速度响应考察工况，如图5所示。由图5可知，被试品在刚接触缓冲单元时产生较大的加速度，工况3下被试品加速峰值最大，这是由于被试品落在工况3位置处时，弹簧合刚度最大，受到的反弹力最大，故而产的加速度最大。每个工况下被试品的加速度值呈逐渐衰减至零的趋势，缓冲单元起到了很好地缓冲作用，某些参考点发生了多次碰撞，出现了多个加速度峰值。3．2缓冲单元响应图2弹簧缓冲计算模型在缓冲单元应力响应较剧烈的部位选取参

8、考Fig．2Modelofspringbuffercalculation点，如图6所示。考察不同工况下缓冲单元的应力响应，如图7表1模型基本参数Table1Thebasicparametersofthemodel所示。由图7可知，工况1和：[况2下缓冲板的应力响应较大，最大应力大于340MPa，这是由于在单元板和单元板之间存在缝隙