CN105465080B - 多边溢流系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种多边溢流系统，包括主油液通道以及直驱多边溢流脉动衰减控制系统；其中，直驱多边溢流脉动衰减控制系统包括压力传感器、控制器、执行机构和多边溢流阀；控制器用于基于压力传感器采集的流体压力信号生成控制执行机构的控制指令；多边溢流阀包括阀芯和阀芯套，以使至少一个的旁路溢流入口与至少一个的旁路溢流出口导通形成溢流通道；执行机构用于带动阀芯沿旋转轴的轴向往复运动；压力传感器设置于主油液通道内，用于采集主油液通道内的油液压力作为油液压力信号。按照本申请的方案，通过控制阀芯的运动使得溢流入口和溢流出口相配合形成溢流通道，可以至少一部分地抵消主管道中产生的流量脉动。

Description

多边溢流系统
技术领域
本申请涉及液压系统领域，特别是一种多边溢流系统。
背景技术
液压系统以其功率密度大及抗负载刚性大等优点，在航空、航天、船舶等许多重要工业部门已得到了非常广泛的应用。随着液压系统向高速、高压、大功率方向发展，液压能源管路系统的振动与噪声问题日趋严重，已经成为制约液压系统向高压、低噪声方向发展的瓶颈。
目前，液压系统大多采用轴向柱塞泵来提供液压能源，因为轴向柱塞泵具有输出压力高、工作效率高和可靠性高等优点。然而，轴向柱塞泵由于其自身的结构和工作原理必然会产生流体脉动。由于泵内部和管路系统中不可避免的存在液阻，流体脉动又会引起压力脉动。压力脉动对液压能源管路系统的危害，通常以流固耦合振动的形式表现出来，即压力脉动产生管道振动，管道振动反过来又影响压力脉动。这种由于流固耦合产生的管道振动，易于使管道系统产生疲劳破坏和辐射噪声。因此，液压流体脉动是液压能源管路系统结构振动和辐射噪声的根本成因。
由于轴向柱塞泵的固有结构和工作原理，其吸油过程同样存在着不连续性，这种不连续性就造成了液压能源管路系统的吸油管内也存在着流体脉动，它所引起管路振动与辐射噪声问题同样不可忽略。因此，对液压系统吸排油管路中的流体脉动进行同时抑制，具有非常重要的现实意义。
主动振动控制由于其自适应能力强等优点，已经成为管路系统流体脉动控制的重要发展方向。流体脉动的主动控制系统主要包括传感器、控制器和作动器三个部分。根据作动器类型的不同，可以将目前国内外对管路系统流体脉动主动控制的研究分为三类：第一类是利用安装在管壁外的智能材料作动器对管壁产生控制力，引起管壁的弹性变形，进而在管道内产生流体脉动波，与原有的流体脉动相互抵消；第二类是利用作用于流体的作动器直接产生流体脉动波，来抵消管路系统中原来的流体脉动；第三类是利用液压阀产生溢流流量控制原有的流量脉动。
针对于第三种方法，总结其特点如下：
基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制适用于高压液压系统的脉动主动控制，因为推动阀芯运动的智能材料只需要输出很小的力来克服摩擦、阀芯惯性和液动力即可，不需要承载高压流体引起的大负载；此外，由于节流公式可知，经过大的压力放大之后，在液压阀开口很小的情况下即可产生与液压泵脉动流量相等的溢流流量。因此，与流体作动器相比，消振阀能耗更低、体积更小。但是，传统的基于旁路溢流原理的主动控制方法要求压电陶瓷消振阀的频率要能跟得上流体脉动频率，才能产生与液压泵脉动流量相互抵消的溢流流量。众所周知，柱塞泵所产生的流体脉动包含多种正弦频率成分，其频率分布在基频及其高阶倍频上，这些频率均与泵的转速成正比。随着液压能源系统(特别是飞机液压能源系统)向高压、大流量方向发展，轴向柱塞泵的转速变得越来越高，这就使得流体脉动的基频已经达到了压电陶瓷作动器的工作频率极限，其高阶倍频更是远远地超出了压电作动器的频响范围。因此，消振器频宽无法满足日益增加的液压系统流体脉动频率要求，成了传统基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制方法在高速液压系统中应用的瓶颈。
发明内容
在下文中给出关于本申请的简要概述，以便提供关于本申请的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本申请的穷举性概述。它并不是意图确定本申请的关键或重要部分，也不是意图限定本申请的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
本申请的一个主要目的在于提供一种多边溢流系统，旨在解决如上所述的技术问题。
第一方面，本申请提供了一种多边溢流系统包括主油液通道以及直驱多边溢流脉动衰减控制系统；其中，直驱多边溢流脉动衰减控制系统包括压力传感器、控制器、执行机构和多边溢流阀；控制器用于基于压力传感器采集的流体压力信号生成控制执行机构的控制指令；多边溢流阀包括阀芯和阀芯套，阀芯上开设有m个通孔以形成旁路溢流入口，阀芯套上开设有n个通孔以形成旁路溢流出口，阀芯与阀芯套同轴设置，且阀芯绕旋转轴旋转，以使至少一个的旁路溢流入口与至少一个的旁路溢流出口导通形成溢流通道；执行机构用于带动阀芯沿旋转轴的轴向往复运动；压力传感器设置于主油液通道内，用于采集主油液通道内的油液压力作为油液压力信号。
在一些实施例中，控制器用于当压力传感器采集的流体压力信号大于预设的压力阈值时，生成控制指令，以控制执行机构带动阀芯运动，使得至少一个的旁路溢流入口与至少一个的旁路溢流出口导通形成至少一个溢流通道。
在一些实施例中，控制指令包括轴向运动控制指令；执行机构包括电磁作动器；电磁作动器用于基于轴向运动控制指令生成带动阀芯沿旋转轴方向往复运动的力。
在一些实施例中，系统还包括电动机、液压泵和连轴键；电动机包括输出轴，输出轴用于带动液压泵旋转以使油液经油箱流入主油液通道；连轴键用于连接输出轴和多边溢流阀的旋转轴，以使阀芯绕旋转轴周期性旋转，且在每个运动周期内，各旁路溢流入口与各旁路溢流出口配合导通一次。
在一些实施例中，阀芯和阀芯套均为中空的圆柱体，阀芯的外壁与阀芯套的内壁相配合。
在一些实施例中，各旁路溢流出口与油箱连接，以使进入旁路溢流通道的油液流入油箱中。
采用本申请的多边溢流系统，在阀芯套上开设有多个溢流出口且在阀芯上开设有多个溢流入口，通过控制阀芯的运动使得溢流入口和溢流出口相配合形成溢流通道，可以至少一部分地抵消主管道中产生的流量脉动。
此外，在本申请的一些实施例中，控制器可控制阀芯周期性地运动，在一个运动周期内，多边溢流阀的阀芯和阀芯套之间可形成多个溢流通道，使得在阀芯的运动频率较低的情况下也能在一个运动周期内释放较多的流量脉动引发的液体流量。
附图说明
参照下面结合附图对本申请实施例的说明，会更加容易地理解本申请的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本申请的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
图1为本申请的多边溢流系统的一个实施例的示意性结构图；
图2为图1中的多边溢流阀沿轴线方向的剖面图和垂直于轴线方向的剖面图；
图3为本申请的多边溢流阀在一个周期的不同时刻的油液流向示意图；
图4为本申请的多边溢流阀在一个周期内产生的溢流流量的示意性曲线图。
具体实施方式
下面参照附图来说明本申请的实施例。在本申请的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本申请无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
参见图1所示，为本申请的多边溢流系统的一个实施例的结构图100。
本实施例的多边溢流系统包括主油液通道10以及直驱多边溢流脉动衰减控制系统。
其中，直驱多边溢流脉动衰减控制系统包括压力传感器110、控制器120、执行机构130和多边溢流阀140。
控制器120用于基于压力传感器110采集的流体压力信号生成控制执行机构130的控制指令。
多边溢流阀140包括阀芯141和阀芯套142，阀芯141上开设有m个通孔以形成旁路溢流入口，阀芯套142上开设有n个通孔以形成旁路溢流出口，阀芯141与阀芯套142同轴设置，且阀芯141绕旋转轴旋转，以使至少一个的旁路溢流入口与至少一个的旁路溢流出口导通形成溢流通道。
执行机构130用于带动沿旋转轴的轴向往复运动。压力传感器110设置于主油液通道20内，用于采集主油液通道20内的油液压力作为油液压力信号。
参见图2所示，为本申请的多边溢流系统中，多边溢流阀的沿轴线方向的剖面图和垂直于轴线方向的剖面图。
本实施例的多边溢流阀中，阀芯210上开设有m个通孔211以形成旁路溢流入口，阀芯套220上开设有n个通孔221以形成旁路溢流出口。阀芯210与阀芯套220同轴设置，并绕旋转轴旋转，以使至少一个的旁路溢流入口与至少一个的旁路溢流出口导通形成溢流通道。在这里，m为正整数，n为大于1的正整数。
当阀芯210上的其中一个旁路溢流入口与阀芯套220上的旁路溢流出口导通形成溢流通道时，油液可以自旁路溢流入口流入溢流通道，并经与该旁路溢流入口配合导通的旁路溢流出口流出。
需要说明的是，尽管图1仅示意性地示出了1个旁路溢流入口(即m＝1)和4个旁路溢流出口(即n＝4)的情形。但该旁路溢流入口和旁路溢流出口的数量仅是示意性的。本领域技术人员在得到本申请实施例的多边溢流阀的技术方案后，可以根据实际应用场景来具体设置旁路溢流入口的数量从而达到相应的溢流流量以抵消流量脉动。因此，无论在阀芯上设置的旁路溢流入口的数量多少，也无论在阀芯套上设置的旁路溢流出口的数量多少，只要具有本申请公开的多边溢流阀的结构，便视为落入了本申请的保护范围之内。
在一些可选的实现方式中，阀芯210绕旋转轴周期性旋转，且在每个运动周期内，各旁路溢流入口与各旁路溢流出口配合导通一次。在这些可选的实现方式中，阀芯绕旋转轴一周(360°)即为阀芯的一个运动周期。
在这些可选的实现方式中，由于阀芯210上开设有m个旁路溢流入口，而阀芯套220上开设有n个旁路溢流出口，且在阀芯210的一个运动周期内，每个旁路溢流入口均与每个旁路溢流出口配合导通一次。在一个运动周期内，将分时形成m×n个溢流通道。从而使得阀芯210周期性运动的运动频率较低时也能够产生较大的溢流流量，使得进入阀芯的因流量脉动产生的流体经溢流通道排除多边溢流阀外部，从而抵消流体脉动。
在一些可选的实现方式中，阀芯210和阀芯套220均可为中空的圆柱体，阀芯210的外壁与阀芯套220的内壁相配合。
返回继续参见图1所示，在一些可选的实现方式中，控制器120用于当压力传感器110采集的流体压力信号大于预设的压力阈值时，生成控制指令，以控制执行机构130带动阀芯141运动，使得至少一个的旁路溢流入口与至少一个的旁路溢流出口导通形成至少一个溢流通道。
在一些可选的实现方式中，控制指令包括轴向运动控制指令；执行机构130包括电磁作动器；电磁作动器用于基于轴向运动控制指令生成带动阀芯141沿旋转轴方向往复运动的力。在一些应用场景中，轴向运动控制指令可以控制阀芯141与阀芯套142之间的相对位置，以控制形成的溢流通道的体积，进而控制进入每个溢流通道的流体的量。
在一些可选的实现方式中，本实施例的多边溢流系统还包括电动机30、液压泵40和连轴键50。
电动机30包括输出轴31，输出轴31用于带动液压泵40旋转以使油液经油箱60流入主油液通道10。
连轴键50用于连接输出轴31和多边溢流阀的旋转轴，以使阀芯141绕旋转轴周期性旋转，且在每个运动周期内，各旁路溢流入口与各旁路溢流出口配合导通一次。
在一些可选的实现方式中，阀芯和阀芯套均为中空的圆柱体，阀芯的外壁与阀芯套的内壁相配合。
在一些可选的实现方式中，各旁路溢流出口与油箱20连接，以使进入旁路溢流通道的油液流入油箱20中，从而削弱进入多边溢流阀140的阀芯142内的流量脉动。
下面，将以m＝1且n＝4为例，结合图3和图4来描述本申请的多边溢流阀和多边溢流系统如何削弱主油液通道内的流体脉动。
如图3所示，在阀芯旋转运动的一个运动周期中的第一时刻，阀芯的旁路溢流入口311与阀芯套上的第一旁路溢流出口321接通形成溢流通道。
在阀芯旋转运动的一个运动周期中的第二时刻，阀芯的旁路溢流入口311与阀芯套上的第二旁路溢流出口322接通形成溢流通道。
在阀芯旋转运动的一个运动周期中的第三时刻，阀芯的旁路溢流入口311与阀芯套上的第三旁路溢流出口323接通形成溢流通道。
在阀芯旋转运动的一个运动周期中的第四时刻，阀芯的旁路溢流入口311与阀芯套上的第四旁路溢流出口324接通形成溢流通道。
因此，在阀芯旋转运动的一个运动周期中，可在不同时刻形成四个旁路溢流通道。
图4中，T1为主油液通道内流量脉动Qd的基频f1的倒数，T2为多边溢流阀的阀芯的运动周期。
假设在多边溢流阀中阀芯的一个运动周期内，阀芯匀速旋转，且该运动周期内，阀芯的位移为x。若溢流阀中的每个旁路溢流入口具有相同的形状，各相邻旁路溢流入口之间间距(夹角)相等，且溢流阀中的每个旁路溢流出口具有相同的形状，各相邻旁路溢流出口之间间距(夹角)相等，则在阀芯的一个运动周期内，将产生m×n个溢流通道，每个溢流通道产生的溢流流量Q0相等，且各Q0沿时间轴均匀分布。
这样一来，假设主油液通道内流量脉动Qd的基频为f1，也即是说，每间隔1/f1便产生一个Qd。可以通过设置多边溢流阀中阀芯的运动周期：
T2＝m×n/f1 (1)
使得在阀芯的一个运动周期内，可以削弱m×n个流量脉动Qd，从而可大大降低执行机构和阀芯的运动频率。
或者，当T2为固定值时，也可以通过上述公式(1)来设计旁路溢流入口和/或旁路溢流出口的数量，以达到在多边溢流阀的一个运动周期内削弱多个流量脉动Qd的技术效果。
此外，还可以通过控制器输出的轴向运动控制指令来控制阀芯与阀芯套之间的相对位置，以控制形成的溢流通道的体积，进而控制进入每个溢流通道的流体的量(Q0)。
需要说明的是，图4中的多边溢流阀在一个周期内产生的溢流流量仅是示意性的。本领域技术人员在获得本申请的多边溢流阀和直驱多边溢流脉动衰减控制系统的技术方案的基础上可以想到，通过调节轴向运动控制指令来调节每次旁路溢流入口和旁路溢流出口导通时生成的流量Q0，通过调节旋转运动控制指令来调节旁路溢流入口和旁路溢流出口导通的时间。因此，无论各次旁路溢流入口和旁路溢流出口导通时产生的流量Q0是否相同，也无论相邻两次旁路溢流入口和旁路溢流出口导通的时间间隔长短，只要具有本申请公开的多边溢流阀和直驱多边溢流脉动衰减控制系统的结构，便视为落入了本申请的保护范围之内。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (5)

1.一种多边溢流系统，其特征在于，包括主油液通道以及直驱多边溢流脉动衰减控制系统；
其中，所述直驱多边溢流脉动衰减控制系统包括压力传感器、控制器、执行机构和多边溢流阀；
所述控制器用于基于所述压力传感器采集的流体压力信号生成控制所述执行机构的控制指令；
所述多边溢流阀包括阀芯和阀芯套，所述阀芯上开设有m个通孔以形成旁路溢流入口，所述阀芯套上开设有n个通孔以形成旁路溢流出口，所述阀芯与所述阀芯套同轴设置，且阀芯绕旋转轴旋转，以使至少一个的所述旁路溢流入口与至少一个的所述旁路溢流出口导通形成溢流通道；
所述执行机构用于带动所述阀芯沿所述旋转轴的轴向往复运动；
所述压力传感器设置于所述主油液通道内，用于采集所述主油液通道内的油液压力作为油液压力信号；
所述多边溢流系统还包括连轴键、电动机和液压泵；
所述电动机包括输出轴，所述输出轴用于带动所述液压泵旋转以使油液经油箱流入所述主油液通道；
所述连轴键用于连接所述输出轴和所述多边溢流阀的旋转轴，以使所述阀芯绕所述旋转轴周期性旋转，且在每个运动周期内，各所述旁路溢流入口与各所述旁路溢流出口配合导通一次。
2.根据权利要求1所述的多边溢流系统，其特征在于：
所述控制器用于当所述压力传感器采集的所述流体压力信号大于预设的压力阈值时，生成控制指令，以控制所述执行机构带动所述阀芯运动，使得至少一个的所述旁路溢流入口与至少一个的所述旁路溢流出口导通形成至少一个溢流通道。
3.根据权利要求2所述的多边溢流系统，其特征在于：
所述控制指令包括轴向运动控制指令；
所述执行机构包括电磁作动器；
所述电磁作动器用于基于所述轴向运动控制指令生成带动所述阀芯沿所述旋转轴方向往复运动的力。
4.根据权利要求1所述的多边溢流系统，其特征在于：
所述阀芯和所述阀芯套均为中空的圆柱体，所述阀芯的外壁与所述阀芯套的内壁相配合。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的多边溢流系统，其特征在于：
各所述旁路溢流出口与油箱连接，以使进入所述旁路溢流通道的油液流入所述油箱中。
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