CN101476571B - 参数自适应调整皮囊式液压蓄能器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种参数自适应调整皮囊式液压蓄能器。所述参数可变蓄能器装置的第二气腔(41)通过高压电磁阀(46)、高压气体管道(7)与所述在线调整蓄能器装置的第一气腔(11)相连通，所述参数可变蓄能器装置的进油阀阀套(36)通过进油口接头体(35)安装到液压系统上。本发明采用阀控液压缸控制气腔容积和气体压力，由DSP控制中心计算合适的参数值，实现了自动调整，因而克服了以前蓄能器参数选择不准确及一旦蓄能器参数确定即不能调整的缺陷。由于采用电磁线圈调整磁流变液腔中的磁场大小和采用步进电机控制进油口通油面积大小，所以能够动态改变蓄能器阻尼系数，既满足了吸收系统压力冲击和脉动的快速性与稳定性要求，同时满足了同一蓄能器多种功用的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于DSP控制的可变参数皮囊式液压蓄能元件，特别涉及一种能够在线改变充气压力、容积及工作油液阻尼、进油口阻尼，以满足不同工况下改善系统性能的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器。
背景技术
皮囊式蓄能器是液压系统中的重要辅助元件，在系统中主要起存储能量、消除压力脉动和吸收压力冲击功用。由于目前在选择蓄能器时采用的理论公式都是形成于上个世纪六、七十年代的，研究手段较为落后，所以这些公式都是一些经验化公式，据此计算得出的蓄能器参数通常都不准确，需要在实际使用时多次调整。发明者通过研究发现，蓄能器的结构参数和工作参数尤其是入口阻尼参数、工作油液阻尼系数、充气压力及容积不同时，所起的功用是不同的。在很多系统中，同一蓄能器往往需要交替起到上述三个功用，然而由于受其结构限制，这种蓄能器在实际使用中一旦选定，其结构参数和工作参数均不可调，这在实际使用中是不能满足要求的，制约了液压系统研究与应用的发展。
蓄能器的结构研究一直备受关注。如：中国专利CN91221637.9针对活塞式蓄能器，公开了一种活塞式蓄能器自动控制器。该控制器一端连接蓄能器，自动控制器壳体内设有双层控制阀杆，内控制阀杆一端连接活塞，另一端设有“T”形推拉器，外控制阀杆内径一端设有推顶堵头，外径上设有连通的双环油道，另一端设有牵引堵头。自动控制器壳体内一端设有环形油道，另一端设有高压腔体，能够使活塞式蓄能器实现自动给油储能，消耗动力较小，扩大了活塞式蓄能器应用范围。该控制器能够适用于各种活塞式蓄能器。中国专利CN200420079927.0公开了一种由活塞式蓄能器和非隔离式蓄能器组成的复合型蓄能器。活塞式蓄能器的外部设有耐压密封套筒，蓄能器的筒体和耐压密封套筒固定在底座上。底座上设有主进出油孔和侧进出油孔，主进出油孔与蓄能器筒体底部的油口相连，侧进出油孔通向蓄能器筒体和套筒之间的空间。套筒的顶部设有顶盖，顶盖上设有充 气孔及充气阀。由于该蓄能器中的活塞式蓄能器与储存氮气的容器为一整体，所以基本不存在管道的阻力，提高了系统响应。
目前这些专利大都集中于活塞式蓄能器的壳体结构研究上，针对皮囊式蓄能器壳体及其入口阻尼参数调整方面的研究和应用尚属空白。
发明内容
本发明的目的在于提供一种参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，该蓄能器的结构综合了皮囊式蓄能器和柱塞式蓄能器优点，其工作参数(工作油液阻尼、充气体积及充气压力)及入口结构参数(入口阻尼系数)能够根据系统参数变化而自动调整，克服了现有蓄能器存在的不足，满足了同一系统对蓄能器功用实时交替改变的要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其参数可变蓄能器装置的上端盖装有高压电磁阀，与高压电磁阀连通的高压气体管道和在线调整蓄能器装置的气缸下端盖相连接，参数可变蓄能器装置的进油阀阀套通过进油口接头体安装到液压系统上。
所述在线调整蓄能器装置的液压缸的上端盖和下端盖中分别加工有液压缸伸出进油路和液压缸缩回进油路；在线调整蓄能器装置的液压缸的下端盖安装有气缸壳体的上端盖，所述液压缸的下端盖和气缸壳体的上端盖的中心加工中心孔，便于液压缸缸杆穿过后在缸杆下端部安装活塞，气缸下端盖安装充气阀，同时安装通过接头体连接的高压手动气阀。液压缸伸出进油路的末端和液压缸缩回进油路末端分别装有放气阀。液压缸伸出进油路和液压缸缩回进油路分别与分配器相连通。液压缸上端盖安装位移传感器。
所述参数可变蓄能器装置的蓄能器壳体内的中部安装固定隔板，固定隔板加工中心孔，菌形阀的中心轴穿过该中心孔，其下端装有活塞，蓄能器壳体的外表面缠绕有电磁感应线圈，蓄能器下端盖上安装进油阀。皮囊的皮囊气芯通过高压电磁气阀和接头体与高压气体管道连接。固定隔板加工有中心孔和均匀分布的阻尼孔。菌形阀的中心轴装有弹簧。进油阀阀套中装有进油口阻尼调节板，进油口阻尼调节板的一端安装带有连接螺纹的 连杆，连杆与传动机构的减速机构连接。
本发明的有益效果是：当系统选用蓄能器时，只需根据传统公式对蓄能器规格进行估算，并将液压系统的主要参数输入控制器中，这种参数自适应调整皮囊式液压蓄能器即可自动将气腔容积和气体压力调整到最佳值。在系统运行过程中，参数自适应调整皮囊式液压蓄能器可以自动地、动态地调整其阻尼系数，同时满足系统吸收压力冲击和压力脉动的快速性、稳定性要求，改变了被动吸收压力冲击和功用单一的蓄能器应用现状。本发明综合了皮囊式蓄能器的响应快、气密性好及柱塞式蓄能器拆装方便的优点。同时，所述参数自适应调整皮囊式液压蓄能器能够在系统中作为储能器、消震器和冲击吸收器功能的要求。
附图说明
图1是参数自适应调整皮囊式液压蓄能器结构示意图；
图2是在线调整蓄能器装置结构示意图；
图3是参数可变蓄能器装置结构示意图；
图4是检测及控制示意图；
图5是固定隔板结构示意图。
在上述附图中，1.液压缸伸出进油路，2.分配器，3.液压缸缩回进油路，4.活塞，5.接头体，6.高压手动气阀，7.高压气体管道，8.充气阀，9.气缸下端盖，10.气缸壳体，11.第一气腔，12.气缸上端盖，13.有杆腔放气阀，14.液压缸下端盖，15.液压缸，16.液压缸活塞，17.液压缸上端盖，18.无杆腔放气阀，19.位移传感器，20.液压缸缸杆，21.连接板，22.底板，23.橡胶垫块，24.皮囊，25.磁流变电源，26.固定隔板，27.弹簧，28.活动隔板，29.锁紧螺母，30.进油口阻尼调节板，31.动密封，32.连杆，33.传动机构，34.步进电机，35.进油口接头体，36.进油阀阀套，37.蓄能器工作油腔，38.蓄能器下端盖，39.磁流变液腔，40.菌形阀，41.第二气腔，42.电磁线圈，43.蓄能器壳体，44.蓄能器上端盖，45.皮囊气芯，46.高压电磁气阀，47.接头体。
具体实施方式
实施例
图1是本发明公开的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器。参数可变蓄能器装置的第二气腔41通过高压电磁气阀46、高压气体管道7与在线调整蓄能器装置的第一气腔11相连通(见图2、图3)，参数可变蓄能器装置的进油阀阀套36用进油阀阀套(35)与液压系统相连通。
在线调整蓄能器装置中，液压缸15配装位移传感器19和分配器2，液压缸伸出油路1和液压缸缩回油路3与分配器2接通，液压缸伸出油路1进油，液压缸缩回油路3回油时，推动液压缸活塞16伸出，液压缸缸杆20伸出；反之，缩回。液压缸15的无杆腔17及有杆腔15分别装有无杆腔放气阀18和有杆腔放气阀13。由液压缸15的缸杆20末端安装气缸上端盖12，气缸上端盖12中间开孔，液压缸缸杆20通过该孔伸入到气缸壳体10，缸杆尾端安装活塞4，气缸壳体10另一端安装气缸下端盖9。活塞4、气缸下端盖9及气缸壳体10构成第一气腔11。接头体5有两个，分别安装在高压手动气阀6两端，一端安装在气缸下端盖9上，另一端通过高压气体管道7与参数可变蓄能器系统连接。气缸下端盖9上另外还安装有充气阀8。
在参数可变蓄能器装置中，高压气体管道7通过接头体47与高压电磁气阀46连通，高压电磁气阀46通过连接板21安装在蓄能器上端盖44上。蓄能器壳体43顶部安装底板22，蓄能器上端盖44、底板22及连接板21中心均有螺纹孔，皮囊气芯45安装在连接板21上，皮囊24内部是第二气腔41，当高压电磁气阀46打开时，第一气腔11与第二气腔41连通。蓄能器壳体43中部安装固定隔板26，菌形阀40与固定隔板26之间安装弹簧27，固定隔板26中心钻孔，菌形阀40的阀杆通过该孔并与活动隔板28安装在一起，活动隔板28与蓄能器壳体43之间装有密封圈，菌形阀40的阀杆尾端有锁紧螺母29。工作时，高压手动气阀6是打开的，高压电磁气阀46的通断由DSP控制中心控制(见图4)。蓄能器气腔容积、气体压力及气体刚度系数的调整通过液压缸15实现，液压缸压下，气腔容积变小，压力增大，气腔刚度系数增加；反之，气腔容积变大，压力减小，气腔刚度系数减小。位移传感器19检测活塞4的位移量，计算得到第一气腔11的体积变化量，DSP控制中心可以依据气体计算公式及系统压力综合计算得出进入到第二气腔41中的气体当量。
活动隔板28与皮囊24之间装有磁流变液，构成磁流变液腔39。蓄能 器壳体43外壳上缠绕电磁线圈42，电磁线圈42由磁流变电源25提供电源。活动隔板28上加工中心孔和一定数量均匀分布的阻尼孔(见图5)，阻尼孔的数量根据蓄能器规格不同有所不同。工作过程中，磁流变液往复通过这些通孔流动，产生阻尼力。当磁场强度发生变化时，阻尼大小随之成正比变化。磁场强度的变化由DSP控制中心动态改变电流大小实现，电流越大，磁场强度越大，阻尼越大。
蓄能器壳体43下部安装蓄能器下端盖38，蓄能器下端盖38外面安装进油阀阀套36，连杆32一端与进油阀阀套33之间安装动密封31，尾端与步进电机通过传动机构33连接，连杆32另一端插入到进油阀阀套36的通油孔中，其伸出量与进油孔面积成正比。连杆32通过传动机构33由步进电机34驱动，连杆32的伸缩位移与进油面积成正比。伸出时，蓄能器油腔与液压系统之间的通油面积减小，进油口阻尼系数增大；反之，变大。
蓄能器下端盖38与活动隔板28之间为工作油腔37，进油阀阀套36进油口处加工螺纹，螺纹处安装进油口接头体35，将该发明与液压系统连接起来。
参数自适应调整皮囊式液压蓄能器的工作原理是：在工作过程中，DSP控制中心检测蓄能器入口压力、液压缸的位移、磁流变电源的电流变化情况，控制液压缸的位移、步进电机的转动、高压电磁气阀通断及磁场电流，液压缸位移及磁流变电流由小闭环控制，同时也由大闭环控制，步进电机与高压电磁气阀的控制只由大闭环控制。该发明属于一套机电液结合的多输入多输出复杂闭环控制系统。
当参数自适应调整皮囊式液压蓄能器确定并安装后，液压系统的参数发生变化时，蓄能器的气腔容积、气体压力无法满足这一变化时，能够使高压电磁气阀46打开，控制液压缸15的动作重新调整这两个参数。当系统对吸收压力冲击或压力脉动的快速性要求较高时，磁流变液的阻尼系数和进油口阻尼系数应小一些，而蓄能器进油口通油面积应大一些；而当系统对吸收压力冲击或压力脉动的稳定性要求较高时，在满足其快速性的前提下，磁流变液的阻尼系数应大一些，蓄能器进油口通油面积应小一些。
以消除阶跃压力冲击为例，当压力冲击产生后，通常要求蓄能器尽快 将其吸收，此时应当减小感应线圈中的电流，降低磁流变液腔的磁场，使其阻尼系数变小；同时将蓄能器进油口打开到最大，使进油口的阻尼系数最小，如此即可很快将阶跃压力的幅值降低到要求范围内。而压力冲击的第二阶段，冲击压力表现为压力脉动，此时应当增大感应线圈中的电流，加大磁流变液腔的磁场，使其阻尼系数变大；同时将蓄能器进油口打开到较小的开度，使进油口的阻尼系数增大，如此即可很平稳地在要求的压力脉动范围内将其吸收。因此，当气腔容积和充气压力根据系统参数自适应调整完成后，即进入自适应调整自身阻尼阶段。即由控制器根据压力冲击、压力脉动参数的变化自动调整磁流变液腔中的磁场及进油口大小以改变磁流变液腔阻尼系数和进油口阻尼系数。
Claims (8)
1.一种参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：所述参数自适应调整皮囊式液压蓄能器的参数可变蓄能器装置第二气腔(41)通过高压电磁气阀(46)、高压气体管道(7)与参数自适应调整皮囊式液压蓄能器的在线调整蓄能器装置第一气腔(11)相连通，所述参数可变蓄能器装置的进油阀阀套(36)通过进油口接头体(35)安装到液压系统上；所述在线调整蓄能器装置的液压缸(15)的上端盖(17)和下端盖(14)中分别装有液压缸伸出进油路(1)和液压缸缩回进油路(3)；在线调整蓄能器装置的液压缸(15)的下端盖(14)装有气缸壳体（10）的上端盖（12），所述液压缸(15)的下端盖(14)和气缸壳体(10)的上端盖(12)的中心加工中心孔，该中心孔内装有液压缸缸杆(20)，液压缸缸杆(20)上部装有液压缸活塞(16)，液压缸缸杆(20)下端部安装活塞(4)，气缸下端盖(9)安装充气阀(8)和通过接头体(5)连接的高压手动气阀(6)；所述参数可变蓄能器装置的蓄能器壳体(43)内的中部安装固定隔板(26)，固定隔板(26)上加工有中心孔和均匀分布的阻尼孔，菌形阀(40)的阀杆通过固定隔板(26)的中心孔并与活动隔板(28)安装在一起，蓄能器壳体(43)的外表面缠绕有电磁感应线圈(42)，蓄能器下端盖(38)上安装进油阀阀套(36)。
2.根据权利要求1所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：所述液压缸(15)伸出进油路(1)的末端装有放气阀(18)，所述液压缸(15)缩回进油路(3)末端装有放气阀(13)。
3.根据权利要求1所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：所述液压缸伸出进油路(1)和液压缸缩回进油路(3)分别与分配器(2)相连通。
4.根据权利要求1所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：所述液压缸(15)的上端盖(17)的中心孔内安装位移传感器(19)。
5.根据权利要求1所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：所述蓄能器壳体(43)、活动隔板(28)与皮囊(24)之间构成磁流变液腔(39)，磁流变液腔(39)内装有磁流变液，蓄能器壳体(43)外壳上 缠绕电磁线圈(42)，电磁线圈(42)由磁流变电源(25)提供电源。
6.根据权利要求5所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：皮囊(24)的皮囊气芯(45)通过高压电磁气阀(46)和接头体(47)与高压气体管道(7)连接。
7.根据权利要求1所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：菌形阀(40)的阀杆装有弹簧(27)。
8.根据权利要求1所述的参数自适应调整皮囊式液压蓄能器，其特征是：进油阀阀套(36)中装有进油口阻尼调节板(30)，进油口阻尼调节板(30)的一端安装带有连接螺纹的连杆(32)，连杆(32)与传动机构的减速机构连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110105 Termination date: 20130124 |