CN101801763A - 带有用于吸收压力脉冲的装置的管道 - Google Patents

Abstract

一种用于液压转向系统的管道(5；7；9；30)，包括用于供给液体的管(10)和用于吸收液体压力脉冲的装置(11；31)。具体来说，装置(11，31)限定了一腔(12)，该腔通过第一和第二连接件(16，17)并联连接到管(10)；一可活动的惯性元件(13)，在腔(12)内限定了第一和一第二隔间(12a，12b)；以及弹性装置(14；15)，作用在惯性元件(13)上用来将惯性件保持在一中间位置，从而限定了在腔(12)内且通过由一通道(P)所限定的泄漏而连通的第一和第二隔间(12a，12b)。

Description

带有用于吸收压力脉冲的装置的管道

技术领域

本发明有关一种管道，该管道带有一种用于吸收压力脉冲的装置，优选地用在机动车辆的液压转向系统中。

发明背景

液压转向系统通常包括供给泵、连接到前轮的转向执行器、以及用来把泵连接到转向执行器的液压管线。

液压管线包括用来将泵连接到执行器的高压管和用来回收工作液体的低压排泄管道。

为液压转向系统进行供给的泵一般为叶轮泵，所述泵产生液流，该液流具有由谐波不规则性所表征的流速，所述不规则性等于泵的叶片数，且具有由泵的转数所规定的基频。液流的这些不规则性在液压转向系统中产生压力脉冲以及由此造成的不希望的噪声。由液流的不规则性所产生的压力脉冲表征为在100Hz到500Hz之间的频带中的高频。具体来说，液压转向系统所典型的该频带的最小值(fmin)从理论上可计算为发动机的最小转数比(RPMidle)乘上泵与发动机之间的传递比(RT)以及叶片数量(Nvanes)。具体来说，液压转向系统的脉冲的最小频率习惯上用以下公式来定义：

$f_{\min }=\frac{{\mathrm{PPM}}_{\mathrm{idle}}}{60}.\mathrm{RT}.N_{\mathrm{vanes}}---\left(1\right)$

已知可采用配置在高压管道中的消音管来削弱这些脉冲，且消音管具有如此的几何和机械的特征，以至产生与入射波干涉的反射压力波。具体来说，这些消音管已知为“四分之一波”，它们的尺寸计算规律如下：

$f_t=\frac{c}{4.L_T}---\left(2\right)$

式中：

ft为消音管的基截止频率；

c为压力波的传播速度，即声音在液体中的速度；以及

Lt为消音管长度。

然而，这种解决方案在所需截止频率较低时，即低于60Hz时，是令人不满意的，因为包括消音管在内传统的液压转向系统的管路具有在20～40Hz频带中的自身的共振频率，该共振频率不能被恰当地吸收。同样也会容易发生的是，液压转向系统的高压管路把在泵上产生的处于上述低频频带中的压力脉冲放大。

知道了通常用在液压转向系统中的管路的典型特征以及工作液体特性和工作条件后，有可能获得低于40Hz的截止频率的四分之一波消音器必须具有过大的尺寸，而该过大的尺寸不能与机动车辆中通常所使用的转向系统相兼容。

另外，还有液压转向系统响应快速性方面的问题，以及因此带来的机动车辆的可驾驶性方面的问题。

在通常的使用条件下，液压转向系统不会承受这样的外力作用，该外力的频率低于公式(1)计算出的频率，并因此低于100～120Hz。

然而，有两种可能的情况会在液压转向系统中产生低频压力脉冲，即在以下情况：

转向和悬架系统的液压-机械共振(已知为“轰隆”和“颤抖”的现象)；

发动机运动的不规则性，该不规则性被传输至附件且因此被传输至转向泵。

具体来说，这些不规则性存在于所有直接喷射式发动机中，在柴油发动机中其强度尤其大。此外，发动机本身的最小速度越低，这些不规则性越大。当前，降低污染物质排出的需要迫使制造公司来获取更低的旋转速度、更轻的发动机和更紧凑的飞轮。这些条件导致了发动机轴产生严重的扭振，并且由此导致了驱动液压转向系统的叶轮泵的驱动皮带轮的运动的不规则性。

目前，液压转向系统的低频噪声现象对转向系统管路的消音器来说是最大的设计问题。

专利申请DE 102004045100描述了一种用于刹车线路的弹簧阻尼器的两个实施例，该刹车线路中未配置有泵。在第一实施例中，一活塞被放在一腔中且通过两个相反的弹簧保持在一平衡位置上。该腔通过位于活塞的相反两侧上的第一导管组和第二导管组并联连接到主内收管线(main adductionline)。使用时，由于比如踏板的突然启动引起的压力峰值所携带的一部分能量被转换为弹性势能，而这引起了振荡的减小。此外，沿内收管线设置有一扼流器用来阻尼该脉动。

在第二实施例中，容纳活塞和两个弹簧的腔通过单个连接器连接到内收管线上。此外，活塞限定有一通孔，使得在活塞运动时液体可以流过。

在这两个实施例中，弹簧起着弹性势能蓄积器的作用，而这要求有足够量的液体流过连接器。蓄积的能量相对于起始峰值滞后地被返回系统中，而这样便衰减了脉动。

与在其他包括有泵的线路中一样，在液压转向线路中，泵在以低频工作时产生连续脉动，而如前所述的弹簧蓄积器不能令人满意地起作用。

发明概述

本发明的目的是提供一种管道，该管道设置有用来吸收压力脉冲的装置，且能够避免上述缺点。

本发明的目的通过如权利要求1所述的带有用于吸收压力脉冲装置的管道来实现。

附图简述

为更好地理解本发明，现在参考附图仅以非限定性例子的方式来叙述一优选的实施方式，在附图中：

图1为包括根据本发明的管道的液压转向系统的代表性例子；

图2为如图1的管道的流路原理图；

图3为如图1的管道的实施例的轴向剖视图；

图4为根据本发明的另一实施例的管道的流路原理图；

图5为一个系列的两张图表，其中对比了不带用于吸收低压脉冲的装置的管道和带有根据本发明的用于吸收压力脉冲的装置的管道的频率响应曲线。

实施本发明的最佳模式

在图1中，1用来整体表示包括液压泵2的液压转向系统，该液压泵2通过吸入管路3连接到工作液液体(油)缸4。5用来整体表示高压供应管路，该高压供应管路将泵2的输出连接到转向盒或单元6，其类型是熟知的。

用于工作液体的第一低压返回管道7将转向盒或单元6连接到冷却判官型热交换器8，用于冷却该液体，该第一低压返回管道7在所示出的例子中被制造为交替地具有挠性的和刚性的段。交换器8的出口通过被表示为9的第二返回管道连接到缸4，并且也通过挠性的和刚性的件或段而形成。

低压管道7、9中的至少一个和/或高压管路5包括管10和并联连接到管10的吸收装置11(图2)。

具体来说，吸收装置11限定了长圆柱腔12和例如球的惯性元件13，该惯性元件可在腔12中运动；以及一对弹簧14、15，它们配置在腔12中相对于惯性元件13来说的相反的两侧。

弹簧14、15与惯性元件13合作，用来规定惯性元件13在静态和动态条件下的位置，这将在以下详细介绍。

腔12通过一对连接器16、17连接到管10，所述连接器16、17规定了各自的窄部件R1、R2，它们配置在相对于惯性元件13来说的相反的两侧沿管10上距离L的位置。

具体来说，窄部件R1、R2各自的直径分别小于管10的直径，从而使得连接件16、17实质上没有液体流经它们。

惯性元件13将腔12分成两个隔间12a、12b，所述隔间12a、12b具有根据惯性元件13的位置而发生变化的体积，并分别通过连接件16、17连接到管10。此外，隔间12a、12b通过通道P在腔12中彼此以流体方式连通。

通道P分开了隔间12a和隔间12b的压力，并且例如通过被限定在惯性元件13和腔12的侧壁18之间的环形通道而提供。

根据图3所示的优选实施方式，吸收装置11包括两个连接件16、17，所述连接件16、17被连接到管10上的各自对应的孔19、20以及插入在连接件16、17之间的刚性的实质管状的中间元件22。

管道23和24分别穿过连接件16、17，管道23和24具有成L形的发展(development)且各自限定了窄部件R1、R2。具体来说，连接件16的管道23具有两个彼此成直角且连通的部分23a和23b：部分23a连接至管10而部分23b平行于该管延伸，并开口于中间管状元件22的内部。

相似地，终端元件21的管道24具有两个部分24a和24b，其中前者在距管路5中的孔12的距离L处与管10连通，而后者开口于中间管状元件22的内部。

在所示的实施方式中，连接件16、17具有各自的端面突起16a和17a，所述突起16a和17a啮合在中间管状元件22的对应端部，并且中间分别插有“O”型环密封。

在中间管状元件22的内部、连接件16、17的所述突起之间，限定了腔12，该腔通过管道23和24与管10相连通。

在腔12中安装有包括活塞26的惯性元件13，在所示出的例子中该活塞26是实质上圆柱形的。从该活塞26的相反两端延伸有两个轴向排列的杆27和28。活塞26被安装成能够在腔12中运动，且限定了通道P用来允许在隔间12a、12b之间的液体泄漏。

该泄漏可以通过活塞26和腔12的侧壁18之间的径向游隙效应和/或通过如其外围中的孔或凹槽的其他配置来实现。

弹簧14、15设置在活塞26的相反的两侧，分别围绕杆27和杆28。

图4示出根据本发明另一实施例的高压或低压管道30，其中与管道1的部件功能相同的部件用与在高压管5的叙述中所采用的相同附图标记来表示。

具体来说，管道30包括管10和吸收装置31，该吸收装置31限定了腔12，并包括：连接件16、17；在腔12中滑动的圆柱形的拖拉件(drawer)32；以及弹簧14、15。

拖拉件32限定了轴向通孔，该轴向通孔构成了通道P且可以通过在腔12内在隔间12a和12b之间的工作液体的传递来产生吸收作用。

在使用时，管10和吸收装置11、31沿着高压管5装配，以便有效吸收由具有弯曲的轴的旋转不规则性而产生的压力脉冲，和/或沿着低压管道7、9中的至少一个装配，以便吸收例如由悬架系统的液压-机械共振所产生的低频脉冲。

在静止状态，腔12内的工作液体压力为流体静力学的，并且惯性元件13的位置由分别由弹簧14、15所施加力的平衡所唯一确定。

当工作液体如箭头F所示的那样在管10中流动时，管10的压力脉冲在隔间12a、12b内通过各自对应的连接件16、17传送，并引起惯性元件13的受迫振动。具体来说，惯性元件13受到由于隔间12a、12b中各自的绝对压力的差而引起的相对压力的作用。

这样，吸收装置11、31便限定了一动态吸收器，其中质量由惯性元件13构成，而刚度由这对弹簧14、15所确定。这样，弹簧14、15之间刚度的比值和惯性元件13的质量便可以来获得共振系统，该系统在分散源自管10的脉冲能量方面极其有效，并具有包含在低频间隔中的频率，该低频间隔取决于上述比值。

窄部件R1、R2能够避免大量液体流入装置11，且至少在理论上使得只有压力信号才能在腔12中传播。这因此也避免了过量的液体积聚在腔12中。

此外，通道P限定了局部的流体阻抗，工作液体利用该阻抗流过，以便吸收惯性元件13的震荡。

吸收装置11、31与管10并联的效果可以通过实验确定，或者可在合适的数学模型基础上解析验证。

图5中的两张图对比了(当在x轴上记录的频率f发生变化时)不带装置11、31的管道的振动(细线曲线)和带有根据本发明的装置11、31的管道的振动(粗线曲线)的幅值A和相位f的演变。

对图5中两张图的分析能够容易看出，在20Hz和70Hz之间的频率范围内，装置11、31的存在会产生明显的工作情况改善，其中频率响应的幅值A明显降低，从而振动和飞轮的幅值也大大降低。

根据本发明的解决方案实质上能够消除低频响应峰值，同时保持高压供给管的布局不改变。因此在紧凑性和强度之间提供了最佳的折中。

前面所描述的管道能够获取的优点如下。

由于吸收装置11、31是反作用的，因此其在降低由脉冲引起的噪声方面极其有效，且能容易地被设计用来衰减低频压力脉冲。此外，吸收装置11、31很紧凑且与管10并联安装，在管10内部可以安装常规的四分之一波消音管。此外，吸收装置11、31没有不希望的耗散效应，且它不影响动力转向系统的响应时间。

最后，很明显，在不偏离本发明保护范围的条件下，可以对所描述和示出管道进行改进和变形，该保护范围由所附的权利要求限定。

例如，在一非限制性实施方式中，腔12被限定为包括高分子材料层的柔性管，例如一根用于液压转向系统的高压支路的管。

Claims (8)

1.一种用于机动车辆的液压转向系统的管道(5；7；9；30)，包括用于供给液体的管(10)和用于吸收液体压力脉冲的装置(11；31)，其特征在于，所述装置(11；31)包括：腔(12)，所述腔通过一第一和一第二连接件(16，17)并联连接到所述管(10)；惯性元件(13)，所述惯性元件在所述腔(12)内可活动；弹性装置(14；15)，所述弹性装置作用在所述惯性元件(13)上用以将所述惯性元件(13)保持在一中间位置，从而在腔(12)内限定出一第一和一第二隔间(12a，12b)；以及通道(P)，设置在所述腔(12)内以将所述隔间(12a，12b)相互连接用以在所述惯性元件(13)活动时形成液体泄漏，其中所述第一和第二连接件(16，17)中至少一个限定有窄部件(R1，R2)。

2.如权利要求1所述的管道(5；7；9；30)，其特征在于，同样所述第一和第二连接件(16，17)中的另一个也限定有一第二窄部件(R1，R2)。

3.如前述权利要求之一所述的管道(5；7；9；30)，其特征在于，所述弹性装置包括一第一和一第二弹簧(14，15)，所述第一和第二弹簧被安装成相对于所述惯性元件(13)彼此相反。

4.如前述权利要求之一所述的管道(5；7；9)，其特征在于，所述通道(P)为被限定在所述惯性元件(13)和限定了所述腔(12)的侧壁(18)之间的通道。

5.如权利要求4所述的管道(5；7；9)，其特征在于，所述惯性元件(13)包括活塞(26)。

6.如权利要求3和5所述的管道(5；7；9)，其特征在于，所述活塞(26)包括一第一和一第二杆(27，28)，所述第一和第二杆彼此相反，且所述第一和第二弹簧(14，15)为螺旋弹簧，并分别环绕所述第一和第二杆(27，28)。

7.如权利要求1至3之一所述的管道(30)，其特征在于，所述通道(P)为通过所述惯性元件(13)所限定的通孔。

8.如前述权利要求之一所述的管道(30)，其特征在于，所述第一和第二连接件(16，17)具有各自的端面突起(16a，17a)，所述突起以密封流体的方式啮合到一刚性的中间管状元件(22)的相反的端部中，所述中间管状元件限定了所述腔(12)。

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