CN105546264B - 多边溢流阀和多边溢流系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种多边溢流阀和多边溢流系统。其中的多边溢流阀包括不动件和与不动件相接触的运动件；其中：运动件上开设有m个通孔以形成旁路溢流入口，不动件上开设有n个通孔以形成旁路溢流出口；运动件沿不动件的轴线方向运动，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。按照本申请的方案，可以至少一部分地抵消主管道中产生的流量脉动。

Description

多边溢流阀和多边溢流系统
技术领域
本申请涉及液压系统领域，特别是一种多边溢流阀和多边溢流系统。
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阀和多边溢流系统，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阀，包括不动件和与不动件相接触的运动件；其中：运动件上开设有m个通孔以形成旁路溢流入口，不动件上开设有n个通孔以形成旁路溢流出口；运动件沿不动件的轴线方向运动，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。
在一些实施例中，运动件沿不动件的轴线方向周期性往复运动，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，运动件和不动件均为长方体，运动件的第一侧面与不动件的第二侧面相接触；各旁路溢流入口分布于第一侧面的第一对称轴上，且第一对称轴与不动件的轴线平行；各旁路溢流出口分布于第二侧面的第二对称轴上，且第二对称轴与不动件的轴线平行。
在一些实施例中，各旁路溢流入口和各旁路溢流出口为具有相同底面形状的柱体。
第二方面，本申请还提供了一种多边溢流系统，包括主油液通道以及如上所述的多边溢流阀；其中，主油液通道内的液体流动方向与溢流通道内的液体流动方向的夹角0°＜α＜180°。
在一些实施例中，主油液通道内的液体流动方向与溢流通道内的液体流动方向的夹角α＝90°。
采用本申请的多边溢流阀和多边溢流系统，开设在不动件上的多个溢流出口和开设在运动件上的多个溢流入口，通过运动件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，运动件周期性地往复运动，使得在一个运动周期内，形成多个溢流通道，使得在运动件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阀的一个实施例的示意性结构图；
图2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3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阀的一个实施例的示意性结构图100。
如图1所示，多边溢流阀包括不动件110和与不动件110相接触的运动件120。
其中，运动件上120开设有m个通孔121以形成旁路溢流入口，不动件110上开设有n个通孔111以形成旁路溢流出口。运动件120沿不动件110的轴线方向运动，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。
当运动件120上的其中一个旁路溢流入口与不动件110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。在一些应用场景中，油液可以经溢流通道排入油箱20中。
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)的情形。但该旁路溢流入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想到，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，无论在运动件上设置的旁路溢流入口的数量多少，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，运动件沿不动件的轴线方向周期性往复运动，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，由于运动件上开设有m个旁路溢流入口，而不动件上开设有n个旁路溢流出口，且在运动件的一个运动周期内，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。从而使得运动件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，从而抵消流体脉动。
在一些可选的实现方式中，运动件和不动件可以为长方体。且运动件的第一侧面与不动件的第二侧面相接触。各旁路溢流入口分布于第一侧面的第一对称轴上，而各旁路溢流出口分布于第二侧面的第二对称轴上，且第一对称轴、第二对称轴均与不动件的轴线平行。
在一些可选的实现方式中，各旁路溢流入口和各旁路溢流出口可以为具有相同底面形状的柱体。
参见图2所示，为本申请的多边溢流系统的一个实施例的结构图200。
本实施例的多边溢流系统包括主油液通道21以及如上所述的多边溢流阀22。
其中，主油液通道21内的液体流动方向与溢流通道内的液体流动方向的夹角0°＜α＜180°。
在一些可选的实现方式中，主油液通道内的液体流动方向与溢流通道内的液体流动方向的夹角α＝90°。当α为90°，也即主油液通道21内的液体流动方向与溢流通道内的液体流动方向垂直时，单位时间内流入溢流通道内的液体更多，抵消主油液通道内流体脉动的效果也更明显。
下面，将结合图3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。
图3中，T1为主油液通道内流量脉动Qd的基频f1的倒数，T2为多边溢流阀的运动件的运动周期。
假设在多边溢流阀中运动件的一个运动周期内，运动件匀速运动，且该运动周期内，运动件的位移为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相等，则在运动件的一个运动周期内，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运动件的运动周期：
T2＝m×n/f1 (1)
使得在运动件的一个运动周期内，可以削弱m×n个流量脉动Qd。
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。
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 (4)

1.一种多边溢流阀，其特征在于，包括不动件和与所述不动件相接触的运动件；
其中：
所述运动件上开设有m个通孔以形成旁路溢流入口，所述不动件上开设有n个通孔以形成旁路溢流出口；m为正整数，n为大于1的正整数；
所述运动件沿所述不动件的轴线方向运动，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；
所述运动件沿所述不动件的轴线方向周期性往复运动，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；
各所述旁路溢流入口和各所述旁路溢流出口为具有相同底面形状的柱体。
2.根据权利要求1所述的多边溢流阀，其特征在于：
所述运动件和所述不动件均为长方体，所述运动件的第一侧面与所述不动件的第二侧面相接触；
各所述旁路溢流入口分布于所述第一侧面的第一对称轴上，且所述第一对称轴与所述不动件的轴线平行；
各所述旁路溢流出口分布于所述第二侧面的第二对称轴上，且所述第二对称轴与所述不动件的轴线平行。
3.一种多边溢流系统，其特征在于，包括主油液通道以及权利要求1-2任意一项所述的多边溢流阀；
其中，所述主油液通道内的液体流动方向与所述溢流通道内的液体流动方向的夹角0°＜α＜180°。
4.根据权利要求3所述的多边溢流系统，其特征在于：
所述主油液通道内的液体流动方向与所述溢流通道内的液体流动方向的夹角α＝90°。
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