CN104019321A - 嵌入式并联立管歧管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于衰减在流体回路中的流体波动的装置。立管歧管可以包括在相同轴向位置处连接到流体管道的多个立管。该多个立管可以被配置为衰减流经流体管道的不同频率的流体压力波。

Description

嵌入式并联立管歧管

技术领域

本发明涉及一种用于衰减在流体系统中的流体波动的装置，并且更具体地涉及用于衰减在流体系统中的流体波动的嵌入式并联立管歧管。

背景技术

流体回路使用加压液压或气动流体来驱动机器。流体泵推动流体通过一个或多个泵送管线路(诸如软管或其它管道)到至少一个部件(诸如致动器)以控制该部件。流体回路通常因由泵产生的流体压力波前而导致的泵送管线内具有噪声或压力波动。例如，在运动机械的流体控制系统中，这样的压力波动可以引起流体软管振动或撞击机器，从而产生可听见的噪声并且可能破坏附近元件并且降低软管的使用寿命。

噪声衰减器被配置为减少在流体管道中的压力波动。用于液压系统的示例性噪声衰减器包括膨胀室、Quincke管、蓄能器、Helmholtz共振器、内嵌抑制器以及谐振器软管。在一个膨胀室中，在软管中的压力波进入较大容积的腔并且在腔内反射来衰减压力波。然而，膨胀室仅提供宽泛的衰减并且不能针对特定的波频率。Quincke管将软管中的流体分成长度不等的两个流路，并且在两个流路重新汇合的位置处可能出现特定的波频率的衰减。内嵌抑制器采用囊状物以阻尼进入的压力波。蓄能器使用腔中气体的压缩和膨胀来衰减压力波。谐振器软管包括插入液压线路内的较小的软管以衰减液压噪声。当前噪声衰减器不能提供用于针对液压回路中多个特定频率的紧凑的解决方案。

发明内容

根据本公开的一个实施例，提供了用于流体回路的噪声衰减装置。该装置包括连接到流体回路的流体管道的第一立管。第一立管与流体管道流体连通并且被配置为衰减流过流体管道的第一频率的流体压力波。装置包括在流体管道的与第一立管相同的轴向位置处连接到流体管道的第二立管。第二立管与流体管道流体连通并且被配置衰减流过流体管道的第二频率的流体压力波。第二频率与第一频率不同。

附图说明

通过阅读下文的描述以及附图，本发明的上述的和其它的特征和优点以及实现它们的方式，将变得更加明显，并且本发明本身将得到更好的理解，其中：

图1示出了采用了本发明的立管歧管的示例性车辆；

图2示出了图1的车辆的示例性的液压回路的示意图；

图3示出了连接到液压管道的示例性的立管歧管的透视图；

图4示出了根据一个实施例的沿着图3中的线4-4截取的图3的立管歧管的示例性剖视图；

图5示出了根据另一个实施例的沿着图3中的线4-4截取的图3的立管歧管的示例性剖视图；

图6示出了根据另一个实施例的沿着图3中的线6-6截取的图3的立管歧管的示例性剖视图；

图7示出了根据另一个实施例的沿着图3中的线4-4截取的图3的立管歧管的示例性剖视图；

图8示出了在液压管道中的流体的示例性的纵向压力波；和

图9示出了示例性的波形，该波形描绘了在穿过本发明的立管歧管之前和之后的图8的管道中产生的压力波的幅度。

相应的附图标记表示贯穿若干视图的相应的部件。本文所载示例说明本发明示例性实施例，并且这样的示例不应被解释为以任何方式限制本发明的范围。

具体实施方式

本文所公开的实施例并非旨在穷举或将本发明限制成以下详细描述中公开的精确形式。相反，实施例的选择和描述使得本领域技术人员可以利用其教导。

首先参考图1，以挖掘机的形式示出作业车辆100。尽管车辆100在此被示出和描述为挖掘机，但车辆100也可以是装载机、推土机、机动平地机、拖拉机、伐木归堆机、履带式车辆、集材机、传送机或其他例如公称、农业或专用车辆。如本文所述，车辆100包括液压系统(参见图2)用于为诸如铲斗112的各种车辆部件提供动力。

车辆100包括底盘102。至少一个牵引装置104(例如多个履带)被提供以将底盘102支撑在地面上。虽然牵引装置104在图1中以履带的形式，但牵引装置104例如也可以是轮子的形式，这也在本发明公开范围之内。车辆100还包括与牵引装置104通信的发动机106，以在地面上推进底盘102。车辆100还包括由底盘102支撑的操作者驾驶室110，以容纳和保护车辆100的操作者。驾驶室110可以包括座椅和用于操作车辆100的各种控制器或用户输入装置，例如用于控制车辆100的液压系统的用户输入装置。

车辆100还包括至少工作工具，例如前置铲斗112。铲斗112通过悬臂组件114可以移动地连接到底盘102，用于挖掘、携带和倾倒尘土和其他材料。其他合适的工作工具包括，例如，刀片、叉、耕具、割草机、吊桶升降机、螺旋钻、收割机，抓斗等。还设置多个液压缸116、118、120以实现铲斗112和/或悬臂组件114相对于底盘102的运动。

参考图2，其描绘了示例性的液压系统或回路200，用于操作车辆100的各种部件。图2的示例性液压系统200包括液压流体(例如，油)的贮存器202、至少一个液压泵204和与液压致动器116(例如，图1的液压缸116)流体连通的流量控制阀212。液压管线或管道208被连接到泵204的出口并且通向液压致动器116的入口，用于在其间传送流体。液压管道214用作从致动器116到贮存器202的流体返回管线。虽然为了说明的目的在图2中示出了单个液压致动器116，额外的液压致动器(例如图1的液压缸118、120)也可以由一个或多个液压泵204来控制。在操作中，泵204将液压流体从源202在液压管道208上通过流量控制阀212引导到液压缸116，以相对于底盘102移动铲斗112和/或悬臂组件114(图1)。液压系统200还可以引导液压流体至液压马达(未示出)和/或除液压缸116、118、120以外的其它液压致动器，以执行车辆100的其他液压功能等。

液压管道208，214中的每一个都包括用于在液压系统200中输送流体的一个或多个软管或其它合适的液压管线。管道208，214可以包括柔性或刚性的软管。流量控制阀212可用于控制到液压缸116的流体压力和流量。也可以在管线208，214上提供额外的流量控制装置，以控制管线208，214中液压流体的压力和流量。

在一个实施例中，控制器206可用于控制油压泵204和流量控制阀212的操作。在一个实施例中，控制器206包括处理器和存储器，存储器包含由处理器执行的用于电地控制泵204和阀212的指令。液压泵204可由发动机、马达或其它合适的原动机驱动。在一个实施例中，控制器206电地控制发动机或马达的速度以控制泵204的速度。在一个示例中，控制器206根据驾驶室110中的配有操作者控制器的用户输入装置来控制泵204和阀212。

如图2所示，立管歧管210与液压管道208嵌入式连接以抑制流经管道208的流体的压力波动波动。特别地，立管歧管210包括多个立管(参见图4-7中的立管230)，所述多个立管连接到管道208并与管道208流体连通，用于衰减流经管道208的多个不同频率的压力波。在一个实施例中，压力波由泵204的缸的往复动作或由泵204的其它致动产生。在一个实施例中，每个立管被配置为衰减管道208内的不同频率的流体压力波。可替换地，歧管210的两个或更多的立管可以被配置以用于衰减相同的压力波频率。

虽然本公开的立管歧管210被描述为在车辆的液压系统200上使用，但立管歧管也可以与车辆或非车辆应用中的任意气动或液压系统一起使用。

立管歧管210可沿泵204和致动器116之间的管道208连接在任何适当的位置处。在一个示例性实施例中，立管歧管210连接在泵204的出口处或泵204的出口附近，使得在泵204的出口与歧管210之间没有连接除管道208以外的其他液压回路部件。因此，所有其它液压元件在歧管210的下游连接到管道208。在本实施例中，歧管210的作用是降低泵204的出口附近的管道208内的流体噪音，以减少噪音沿管道208向下传播到其它下游部件(例如，阀212、致动器116等)的可能性。在一个实施例中，歧管210连接到管道208使得几英尺长的管道208从泵204延伸到歧管210，当然歧管210也可以在沿管道208的任何其他合适位置处连接。在一个实施例中，图1的车辆100包括多个液压泵204，并且立管歧管210连接在每一个泵204的出口附近，用于衰减在管道208中的从相应的泵204传送的噪声。

参考图3，示例性的立管歧管210被说明性地连接到液压系统200的管道208的一部分。立管歧管210包括大致圆柱形的外部壳体220，壳体200包括一对相对的壁222，所述壁222形成用于容纳立管的内部区域。壳体220可以包括其他合适的形状。在一些实施例中，壳体220是可选择的。在一个示例性实施例中，管道208包括从泵204通向歧管210的软管部分224和从歧管210通向下游部件的软管部分226。如图所示，流体从泵204通过软管部分224流动进入歧管210(Q_in)，并且通过软管部分226流出歧管210(Q_out)。在一个实施例中，软管部分224，226包括端部连接器，用于连接到壳体220的相应的连接器，以在歧管210和软管部分224，226之间提供密封连接。软管部分224，226也可以与歧管210的立管一体地形成。

参见图4，其示出根据一个实施例的沿着图3中的线4-4截取的立管歧管210的横截面图。如图4所示，管道208延伸穿过歧管210并且包括位于壳体220的内部的中央通道209。在一个实施例中，中心通道209包括通过歧管210延伸的图3的管道部分224，226。可替换地，中心通道209形成在壳体220内，并且连接到管道部分224，226，以从管道部分224传送流体到管道部分226。在图示的实施例中，中心通道209具有与管道部分224，226相同的横截面面积和直径。

多个立管230被连接到壳体220内的管道208的中央通道209。立管230(其也被称为侧支线或支线谐振器)包括空心管，空心管接收和折返流经管道208的流体。每个立管230包括开口端或入口232和与开口端232相对的封闭端234。每个立管230的开口端232在中心通道209的对应开口处连接到管道208，使得每个立管230与管道208流体连通。如本文中所描述的，封闭端234可用于将进入立管230的流体(并且因此压力波)折返回到开口端232并且进入管道208的中央通道209。因此，流经管道208的中央通道209的流体在开口端232进入每个立管230，从封闭端234的壁弹回，并且在开口端232处从立管230中排出返回到中央通道209中。

在图4的示例性实施例中，立管230沿其长度弯曲，使得立管230具有弧形或弯曲的轮廓。因此，每个立管230从管道208从向外延伸的径向距离(并且因而歧管210外部轮廓)随着弯曲的立管230而减小。图5示出歧管210的另一个实施例的横截面(沿着图3中的线4-4截取)，其中立管230大致是直的并且垂直于管道208延伸。

立管230的尺寸被设定，以衰减(即，减少其幅度)或基本消除流经管道208的各种频率的压力波。在图示的实施例中，每个立管230被配置为衰减目标频率的压力波。每个立管230衰减的目标频率取决于立管230的长度和横截面(和/或直径)。在图4和5描绘的实施例中，图示地限定在开口端232和封闭端234之间的立管长度针对每一个立管230变化，使得每个立管230衰减不同的目标频率。在一个实施例中，歧管210的一个或多个立管230的直径和/或横截面也在立管230之间变化。如本文中所描述，进入和退出特定立管230的压力波被配置为衰减或基本消除通过管道208的具有相应的目标频率的压力波，从而减少由于液压回路中的压力波动而产生的噪音。

在图4和5的图示实施例中，多个立管230连接在管道208的相同的轴向位置(即，纵向位置)处并且围绕管道208的圆周分布。特别地，立管230的每一个入口232的至少一部分沿着管道208轴向地对齐。因此，立管230的入口流路沿着管道208轴向地重叠。通过采用这个平行的立管布置，多个目标频率在流体管道208的相同的轴向位置或区域处被衰减。如关于参照图6在此所描述，额外的立管230可以沿着管道208设置在的不同轴向位置处。

图4和5的立管230围绕管道208的外圆周示意性地间隔开。代替地，如图7的示例性实施例中所示，立管230可以沿着管道208的外圆周彼此邻近。因此，轴向对齐的立管230可以沿着管道208的圆周布置在任何合适的位置处，以适应系统或车辆的空间和封装需求。在一个实施例中，一个或多个立管230可以在壳体220的外侧延伸。

参考图6，图示了沿着图3的线6-6截取的立管歧管210的另一个示例性横截面，其中立管230沿着管道208的长度同时径向地且轴向地向外布置。在图6所示，立管230的第一组250的入口232在轴向上相互对齐，并且在长度上沿着管道208朝向壳体220的壁222延伸，图示地，往下游通向壁222或向前延伸至壁222。立管230的第二组252的入口232轴向地彼此对齐，并且从立管230的第一组250的入口232轴向地偏移。立管230的第二组252也沿着管道208轴向地朝向壳体220的壁222延伸。在一个实施例中，图6的立管230的封闭端234连接到壳体220的前壁222，使得壳体220支撑立管230。在一个实施例中，图6的立管230的多个部分大致彼此平行并且与管道208平行，当然也可以提供其他布置。每个立管组250、252可以包括在沿着管道208的大约相同的轴向位置处围绕管道208的外周分布的两个或多个立管230。在每个组250、252中每个立管230的尺寸被设定为衰减不同目标频率。图6的立管230图示为沿着其长度在开口232和封闭端234之间弯曲，从而减少每个立管230从管道208延伸的径向距离。在一个实施例中，图6的立管230的每个端234被打开并且被配置为接收用于封闭端部234的调节装置，诸如螺纹塞。如下所述，调节装置被配置为调节穿过立管230的流体通道的长度，用于校准和调节立管230到特定频率。

图6的立管230能够用于衰减或基本消除通过管道208传播的不同频率的压力波，与本文中结合图4和5的立管230描述的一样。在图示的实施例中，较长的第一组250的立管230衰减较低的目标频率，并且较短的第二组252的立管230衰减较高的目标频率。

在图示的实施例中，图4-7的立管230是由诸如金属的刚性材料制成的。可替换地，立管230也可以由柔性材料制成。尽管在图4-7中描绘了数个平行立管230，但更少的或额外的立管230也可以沿管道208并联地设置，以用于衰减多个频率的流体压力波。

在一个实施例中，一个或多个立管230包括被配置成用为调节立管230的长度(或其它尺寸)的调节机构，并且因而来校准或微调立管230以衰减期望的目标频率。例如，在现场将立管歧管210安装在液压管道上之后，可以使用调节装置校准单个立管230的长度，以更好地衰减目标频率并且降低系统噪音。在一个实施例中，如以上参照图6所作出的描述，调节机构包括连接到立管230的端部234并且被配置用于调节立管230的长度的螺纹插塞。例如，螺纹插塞的旋转产生插塞相对于立管230的轴向移动，从而缩短或延长穿过立管230的流体路径的长度。

参考图8，其图示了穿过管道208的一部分260的流体256中的示例性的纵向压力波258。压力波258包括高流体压力的区域或长度(例如，P_HIGH)和与高压区域交替的低流体压力的区域或长度(例如，P_LOW)。管道208内的高压和低压区域可由推动流体256通过管道208的泵204引起。例如，活塞泵204可通过使用推动流体进入液压管道208的活塞的每个往复运动或冲程引起压力波。穿过管道208的压力波可具有多个不同的频率。尽管在图8中图示了一个压力波258，但流体256可具有由不同大小的立管230衰减的不同频率的多个压力波。在一个实施例中，立管歧管210的立管230被配置使得具有最大的幅值或引起最大压力波动的压力波被衰减。立管230可以基于其它合适的标准来配置。

立管230被配置为将高压流体折返，在通道209中流体的低压区域处回到中央通道209中，并且反之亦然，从而减弱或基本消除高压区域。特别地，进入立管230的压力波前被配置以反射，使得当通道209内的低压波前位于位于开口端232处时高压波前返回到中央通道209，并且使得当通道209内的高压波前处于立管230的开口端232处时低压波前返回到中央通道209。在一个实施例中，每个立管230的尺寸被设定为目标压力波前的波长的四分之一的整数倍数。因此，与在通道209中的压力波相比，当在开口端232处重新进入中央通道209时，进入立管230的压力波被移动pi/2弧度。因此，反射压力波与通过中心通道209的压力波相反，从而消除具有目标频率的压力波，并且引起基本相等或恒定的压力波前。

在一个实施例中，由特定的立管230衰减的目标频率使用下面的方程表示：

$t_T=\frac{c}{{4L}_B}---\left(1\right)$

其中，f_T的是待衰减的目标(共振)频率，c是以米每秒(m/s)表示的在管道208中的流体中传播的声音的速度，并且L_B是以米(m)表示的立管230的长度。波幅的衰减的量或程度(在本文中称为传播损耗)，可以用下面的方程表示：

$\mathrm{TL}=10{\mathrm{Log}}_{10}[1+{\left(\frac{S_b}{2S}\right)}^2{\tan }^2\left(\frac{\mathrm{\πf}}{{2f}_T}\right)]---\left(2\right)$

其中TL是传播损耗，f是由衰减产生的流体的激励频率，S是中心通道209的横截面面积(m²)，并且S_b是在立管230的横截面面积(m²)。因此，与压力波前的幅度大致等于的传播损耗导致基本消除的目标频率，并且因此产生基本恒定的或均衡的压力波前。在一个实施例中，立管230的较大的横截面导致较大的传播损耗并且因而获得更好的衰减。如方程(2)所示，传播损耗取决于中央通道209的横截面和立管230的横截面。

图9示出了示例性横向波形270，其描绘了随时间变化的具有不同频率并且穿过管道208的横截面的多个流体压力波的组合。波形270示出了穿过管道208的流体的压力波前的示例性合成振幅。波形270说明性地包括在由标准化轴线272表示的平衡压力水平附近震荡的波峰和波谷。作为一个示例，轴线272的平衡压力水平可以是约30兆帕(MPa)，并且波形270例如可以在平衡压力水平附近震荡±500kPa。可以根据系统配置提供其他合适的压力值。

波形280图示了在流体穿过本发明公开的立管歧管210以后的流体压力波的合成振幅。如图所示，使用立管230减小了流体的压力波前的振幅，从而减少液压回路内的噪声。立管230可以被进一步调节和配置以增加或减少波形270的衰减量。

虽然立管歧管210在这里被描述为使用在液压系统中，但立管歧管210也可用于气动系统中，以用于衰减在气动系统中的空气压力波。

虽然本发明被描述为具有优选的设计，但本发明还可以在本公开的精神和范围内作进一步修改。因此，本申请意图覆盖任何变化、使用或者使用其一般原理的本发明的修改。此外，本申请意图覆盖虽然偏离本公开，但落入所属领域中的已知或习惯做法的范围内以及落入所附权利要求的范围内的技术方案。

Claims (12)

1.一种用于衰减流体回路中流体波动的装置，所述装置包括：

第一立管，该第一立管连接到流体回路的流体管道，第一立管与流体管道流体连通并且被配置为衰减穿过流体管道的第一频率的流体压力波；和

第二立管，该第二立管在流体管道的与第一立管相同的轴向位置处连接到流体管道，第二立管与流体管道流体连通并且被配置为衰减穿过流体管道的第二频率的流体压力波，第二频率与第一频率不同。

2.根据权利要求1所述的装置，其中第一立管和第二立管中的每一个都包括开口端和与开口端相对的封闭端，并且开口端被连接到流体管道并且被配置为接收流经流体管道的流体。

3.根据权利要求2所述的装置，其中第一立管和第二立管中的每一个都具有在开口端和封闭端之间延伸的长度，并且第一立管的长度与第二立管的长度不同。

4.根据权利要求2所述的装置，其中第一立管和第二立管中的每一个都沿着流体管道轴向地延伸。

5.根据权利要求2所述的装置，其中第一立管包括用于调节第一立管的长度的调节机构。

6.根据权利要求5所述的装置，其中调节机构包括螺纹插塞。

7.根据权利要求1所述的装置，其中第一立管和第二立管是管状的，并且第一立管的直径与第二立管的直径不同。

8.根据权利要求1所述的装置，其中第一立管和第二立管大致垂直于流体管道。

9.根据权利要求1所述的装置，其中第一立管和第二立管包括刚性管。

10.根据权利要求1所述的装置，还包括第三立管，该第三立管在流体管道的与第一立管和第二立管相同的轴向位置处连接到流体管道，第三立管与流体管道流体连通并且被配置为衰减穿过流体管道的第三频率的流体压力波，该第三频率与第一频率和第二频率不同。

11.根据权利要求1所述的装置，其中流体回路是包括液压泵和液压致动器的液压回路，并且流体管道被设置在液压泵的出口与液压致动器的入口之间，其中第一立管和第二立管被连接到液压泵的出口附近的流体管道。

12.根据权利要求1所述的装置，还包括连接到流体管道的壳体，其中第一立管和第二立管被设置在壳体的内部。