CN103032389A - 一种用于液压驱动复原的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于液压驱动复原的装置，包括至少一个液压气动蓄能器（1），所述蓄能器具有与所述蓄能器的液体存储器（3）连通的液体端口（2），所述液体存储器（3）和气体存储器（5）通过可移动的分离器（4）而分离开来，所述气体存储器（5）通过气体端口（6）与至少一个气体接收器（9）连通，所述气体接收器（9）具有再生热量交换器（10），其中所述再生热量交换器（10）以金属多孔结构的形式制成，而所述再生热量交换器（10）的热量交换表面所减小总面积与总的内部接收器容积的比值超过2000cm²/L，所述再生热量交换器（10）的材料的总容积在内部接收器容积的10％至50％范围内。

Description

一种用于液压驱动复原的装置

技术领域

本发明涉及机械工程技术，可以用于更有效并且更安全的液压驱动复原，包括移动应用，诸如公路建造机器，运载和升降设备。

背景技术

现在有很多装置以液压气动蓄能器（以下称为蓄能器）的形式用于液压驱动复原，它们的外壳具有容积可变的气体存储器以及容积可变的液体存储器，其中加压气体通过气体端口而填充到气体存储器中，液体通过液体端口而填充到液体存储器中，然而这些气体存储器和液体存储器通过相对外壳可移动的分离器而分离开来。

通过使用液压气动蓄能器以及实体分离器（其为活塞形式）和弹性分离器（其为弹性聚合物隔膜或气泡形式，以及金属风箱形式）来进行液压驱动复原。

在操作之前，先通过气体端口将加压气体填充到蓄能器的气体存储器中，通常所填充的气体为氮气，直到初始气压从几个兆帕升高到几十个兆帕。

在能量从液压驱动系统转移到蓄能器的过程中，工作液体从液压驱动系统泵入到蓄能器中，并且工作气体压缩在其中，由此导致气压和温度进一步升高。在能量从蓄能器中回到液压驱动系统的过程中，加压的工作气压膨胀并且将工作液体转移到液压驱动系统中。

通常，蓄能器具有一个气体存储器和一个液体存储器，并且气体存储器中的气压和液体存储器中的液压大小相同。转移到蓄能器的液体能量越高，则其中的气体压缩比更高。为了维持所需的复原能量，压力增加必须要通过水压机器（泵或马达）的输送减少来补偿，该水压机器与蓄能器是水连通的。当输送减少时，水压机器的效率下降，因此整个复原效率下降，这是这类装置的缺陷。

蓄能器的容积增加或蓄能器的数量增加将提高系统的成本，并且重量也增加，这对移动应用来说是至关重要的。

一种现有的装置可以用于减小气体压缩比，并且同时可以增加最大可能的复原能量。该装置包括液压气动蓄能器，其外壳具有与蓄能器的液体存储器连通的液体端口，该液体存储器通过可移动的分离器与蓄能器的气体存储器分离开来，其中该气体存储器与至少一个气体接收器经由气体端口连通。

当工作液体从液压驱动系统泵入到蓄能器的液体存储器中时，分离器被移置并且促使气体离开蓄能器而进入接收器。将液体泵入到蓄能器的工作被转换成加压气体的内部能量，其压力和温度随之增加。当能量从装置回到液压驱动系统中时，加压的工作气体膨胀并且部分被促使离开接收器而进入到蓄能器的气体存储器中。随着蓄能器的液体存储器的容积降低，分离器被移置，并且工作液体也被促使离开存储器而经由液体端口进入液压驱动系统。加压气体的内部能量被转换成液体转移的工作，也就是装置将液压驱动系统所接收的液压驱动能量返回到系统中，气压和温度也随之降低。

相比蓄能器来说更轻并且更便宜的接收器加上系统可以增加复原能量的数量（以不能更好使用蓄能器容积为代价）以及减小气体压缩比。

用于液压驱动复原的这些装置的缺陷在于热量损失严重，这取决于如下事实，即当压缩和膨胀时，接收器中的气体仅仅与接收器的内壁进行热量交换，气体热量传导率太小。

因此上述装置由于较高的热量损失，而具有低效率的液压驱动复原。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于液压驱动复原的装置，该装置的热量损失减少，液压驱动复原效率提高，并且可以在装置中使用各种类型的现有气体接收器（气体瓶）。

该装置包括至少一个液压气动蓄能器，该蓄能器具有与蓄能器的液体存储器连通的液体端口，液体存储器和气体存储器通过可移动的分离器而分离开来。蓄能器的气体存储器通过气体端口与至少一个气体接收器连通，该接收器具有以金属多孔结构形式制成的再生热量交换器，而再生热量交换器的热量交换表面所减小总面积与总的内部接收器容积的比值超过2000cm²/L，优选超过10000cm²/L。

因此，在接收器中的气体压缩或膨胀时，气体和再生热量交换器之间的热量交换在气体和热量交换表面之间的较小平均距离处以及在较大热量交换面积上发生。因此，对于更小的温度变动，可以增加热量交换处理的可逆性以及复原效率。为了在气体和热量交换表面之间达到较小的平均距离，再生热量交换器优选由平均孔尺寸低于5mm的材料制成。为了减小金属多孔结构的气动阻抗，再生热量交换器优选具有至少0.05mm的平均孔尺寸。再生热量交换器材料的总容积优选在内部接收器容积的10％至50％范围内。由钢制成的再生热量交换器的具体热容量在400kJ/K/m³至2000kJ/K/m³的范围内，而处于100至300巴工作压强（温度大约300K）的气体（氮气）热容量在120kJ/K/m³至360kJ/K/m³范围内。气体工作压力越高，再生热量交换器的热容量越高。因此，可以确保平均温度变化较小以及长期存储的损失较低。

金属（如钢或铝）多孔结构可以通过待处理的已备金属来制作，或通过金属加工生产废弃物来制作。

考虑到成本，在该装置的优选实施例中，金属多孔结构由金属机械加工（钻孔，铣切操作等）的另一处理产生的车削屑或金属切屑件来形成。为了增加热容量和振动阻尼，接收器内侧的这些金属车削屑或其它切割屑可以另外加以压缩。

在其它实施例中，金属多孔结构可以通过金属毛线或金属泡沫来形成。

为了避免再生热量交换器的金属多孔结构的颗粒或其它碎片经由气体端口穿透到气体接收器中，气体接收器可以设置阻挡元件。为了减小气动阻抗，阻挡元件的轴向长度要超过接收器轴向长度的20％。

当再生热量交换器的金属多孔结构通过如下方式在接收器的已备外壳内侧形成时，即通过将形成该结构（碎片，毛线，金属泡沫片等）的部件经由小孔而加载到接收器外壳中，则可以使用现有的各种类型的气体接收器来增加该装置的可制造性。

附图说明

通过附图可以更加详细的描述本发明：

图1是用于液压驱动复原的装置的结构示意图，其具有一个蓄能器和一个具有再生热量交换器的接收器。

具体实施方式

如图1所示，用于液压驱动复原的装置包括液压气动蓄能器1，该蓄能器具有液体端口2，该液体端口与蓄能器的液体存储器3连通。液体存储器3通过可移动分离器4与蓄能器的气体存储器5分离开来，该气体存储器5经由气体端口6和输气管7与接收器9的气体端口8连通。接收器9具有再生热量交换器10。为了确保在气体和再生热量交换器之间进行较好的热量交换，再生热量交换器的热量交换表面所减小总面积与总的内部接收器容积的比值超过2000cm²/L，优选超过10000cm²/L。

为了确保气体和再生热量交换器之间具有高效的热量交换，再生热量交换器优选被设定为气体和其热量交换表面之间的平均距离较小，即其平均孔尺寸不会超过5mm。为了减小气体流过再生热量交换器的金属多孔结构过程中的气动损失，再生热量交换器优选被设定为具有较小的气动阻抗，即其平均孔尺寸不会小于0.05mm。

接收器9的气体端口8设置有阻挡元件11，以阻止再生热量交换器的金属多孔结构的颗粒或其它碎片经由气体端口8而穿透到气体接收器中。根据图1的阻挡元件11以金属杯和壁的形式制成，该金属杯具有穿孔底部，该壁具有安装其中的过滤元件12，该过滤元件对于气体来说是可渗透的，对于尺寸大于1mm的颗粒来说不可渗透的。对于具有活塞蓄能器的实施例来说，过滤元件12被制成能俘获加速磨损蓄能器活塞密封的较小磨料颗粒，优选俘获尺寸大于5微米的颗粒。在根据图1的实施例中，过滤元件12由织品制成。在其它实施例中，该装置可以包括由泡沫陶瓷或金属泡沫制成的过滤元件，该金属泡沫具有小孔，小孔尺寸优选小于5微米。对于具有蓄能器的弹性分离器的实施例来说，由阻挡元件11所俘获的颗粒的所需尺寸要更小。为了减小在气体流过再生热量交换器的金属多孔结构的过程中气动损失，阻挡元件可以制作成深深穿透到该结构中，也就是阻挡元件的轴向长度应该超过接收器轴向长度的20％。

为了简化说明，在优选实施例中，再生热量交换器的金属多孔结构通过如下方式而形成在接收器已备外壳的内侧，即将制成该结构的部件经由小孔加载到接收器外壳中。该实施例允许使用现有的标准接收器（气体瓶）通过将金属多孔结构的必要数量的部件加载到它们中而组装复原装置。该实施例的另一优势在于可以提高效率的已经运作的复原装置具有接收器。

考虑到成本，在优选实施例的装置中，金属多孔结构可以通过金属车削屑来形成。车削屑的类型取决于部分（金属元件沿着外部或内部圆柱形母线，平面或圆锥面的车削）车削的方法。考虑到热交换效率，优选使用由表面产生的车削屑或圆锥形车削屑。

除此之外，在制造多孔结构的再生热量交换器的过程中，可以使用由金属机械加工的另一处理产生的切割屑，例如铣切操作，压锻废弃物以及金属毛线，金属线，分离的金属元件或金属泡沫（通过分离片加载到接收器中，或通过化学或另外的方法在接收器内侧产生）。

金属切割屑或接收器内侧金属多孔结构的其它部件（例如金属元件，毛线或金属泡沫片）可以另外压缩，当它们加载到接收器中时。结果就是产生均衡的多孔再生元件，其具有较高热容量以及在该装置操作和其预备气体充入或排放过程中对接收器振动和气体循环的阻抗。

对于该装置中的液压驱动复原来说，蓄能器1与液压驱动系统经由液体端口2连接。

当能量从液压驱动系统转移到装置时，液体从液压驱动系统经由液体端口2而泵入到蓄能器1的液体存储器3中，分离器4被移置，减小气体存储器5的容积并且促使一部分气体进入接收器9中，从而增加蓄能器1的气体存储器5和接收器9中的气压和温度。由于气体和接收器9的再生热量交换器10的热量交换表面之间具有较小的平均距离，并且具有较高的热容量，从蓄能器的气体存储器流入到接收器中的气体将一部分热量有效地释放到再生热量交换器10中，在加热过程中减小了气体加热比；而气体与再生热量交换器10的热量交换在再生热量交换器10和气体之间发生较小温度变动时是可逆的。

在存储蓄积在装置中的液体能量过程中，当降低的气体加热比由于气体热量传导性而减小热量传输到接收器9包装壁时，热量损失较小。

当能量从装置回到液压驱动系统中时，接收器9和蓄能器1的气体存储器5中的受压气体膨胀，蓄能器1的分离器4被移置，减小液体存储器3的容积并且促使液体从中经由液体端口2进入液压驱动系统。由于要在气体和再生热量交换器10的热量交换表面之间维持较小的平均距离，再生热量交换器将所接收部分的热量有效地返回给气体。因此，装置将从液压驱动系统接收的液体能量返回其中，并且损失较小。

由于如下事实，即金属多孔结构的小孔平均尺寸至少0.05mm并且阻挡元件11深深地（深度优选为接收器9的轴向长度的至少20％）穿透到再生热量交换器10中，在气体在蓄能器和接收器之间流动以及穿过再生热量交换器10的金属多孔结构过程中，气动损失较小。

设置有过滤元件12的阻挡元件11阻止再生热量交换器10的材料颗粒穿透到输气管7和蓄能器1的气体存储器5中。因此，活塞分离器4的轴封得以保护不受磨料撞击，而输气管7得以保护而没有颗粒沉积，增加了装置的可靠性。

上述实施例都是本发明主要思想的执行实例，还具有许多在此没有描述的其它实施例，例如包括多个蓄能器和接收器，以及在接收器中具有各种实施例的再生热量交换器。

因此，所提出的解决方案允许产生具有如下特征的液压驱动复原装置：

-热量损失减小以及效率增加的液压驱动复原；

-更好的可制造性；

-在装置中使用任何类型的现有气体接收器成为可能。

Claims (3)

1.一种用于液压驱动复原的装置，其包括至少一个液压气动蓄能器（1），所述蓄能器具有与所述蓄能器的液体存储器（3）连通的液体端口（2），所述液体存储器（3）和气体存储器（5）通过可移动的分离器（4）而分离开来，所述气体存储器（5）通过气体端口（6）与至少一个气体接收器（9）连通，所述气体接收器（9）具有再生热量交换器（10），其中所述再生热量交换器（10）以金属多孔结构的形式制成，而所述再生热量交换器（10）的热量交换表面所减小总面积与总的内部接收器容积的比值超过2000cm²/L，所述再生热量交换器（10）的材料的总容积在内部接收器容积的10％至50％范围内。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体接收器（9）的气体端口（6）设置有阻挡元件（11），所述阻挡元件（11）对气体是可渗透的，但能阻止所述再生热量交换器（10）的材料的颗粒经由气体端口（6）而穿透到所述气体接收器（9）。

3.根据权利要求2所述的装置，其中所述阻挡元件（11）的轴向长度超过所述气体接收器（9）的轴向长度的20％。

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