CN105673987A - 一种可调频率的流量脉动衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调频率的流量脉动衰减器。包括壳体、脉动敏感机构、弹簧质量振动机构、质量调节机构和稳压机构，弹簧质量振动机构安装在壳体和脉动敏感机构之间，脉动敏感机构包含有稳压套筒，质量调节机构连接到弹簧质量振动机构调节其弹簧力，质量调节机构和脉动敏感机构上设有稳压机构；脉动敏感机构将脉动的流量信号转化为压力差信号，引起弹簧质量振动机构的振动响应，被吸收或释放以衰减压力差脉动和流量脉动；质量调节机构改变弹簧质量振动机构的衰减频率，稳压机构使液体质量部分的压力与系统压力平衡。本发明的脉动衰减器实现了衰减频率可调，使脉动衰减效果在较宽的频带内都能最大化，并且安装方便，结构小巧紧凑，适用于各种液体介质。

Description

一种可调频率的流量脉动衰减器

技术领域

本发明涉及流量脉动衰减器，特别是涉及了一种可调频率的流量脉动衰减器，属于流体传动与控制技术领域。

背景技术

流体机械系统一般都会存在流量脉动和压力脉动，例如液压系统的泵源引起管路的流量脉动，阀门开闭的水锤现象等。这些流量和压力脉动不仅会影响系统正常工作，还会降低系统的性能。如果脉动诱发大的管路振动，会降低管路和液压部件的寿命，严重时甚至造成管壁的破裂、管路支撑结构的破坏，支撑刚度下降，使管路系统失效、液压油流失，从而导致严重的灾难性事故。因此，采取消振措施抑制流量脉动和压力脉动非常重要的。

抑制脉动一般有两个方面，一是减轻振动源的脉动，二是调整管路系统。振动源一般为回转往复机构，流量脉动是其固有特性。以液压泵为例，可以通过优化配流盘的三角槽和阻尼孔、预压缩行程等衰减泵源的流量脉动。针对管路系统，可以通过优化管路布局，改变管道长度，加装脉动衰减器来实现脉动的抑制。在泵源出口和系统负载之间的管路上增加脉动衰减装置，可以消除因为流量脉动与在下游负载作用产生的压力脉动所引起的管路和液压元件的振动噪声。

脉动衰减器形式多样，主要分为被动式和主动式两类，例如蓄能器、干涉型滤波器、谐振型滤波器、在线噪声抑制器等。蓄能器不仅体积大重量高，工作频带还很低。大部分脉动衰减器都为干涉型或谐振型的被动式衰减器，但是它们的衰减频带固定且频宽都比较窄。而随着节能减排政策的推广，变频调速等技术在泵源上已经广泛应用，泵的转速不再固定，液压系统的脉动频率也就不再固定，传统被动式衰减器的工作频带固定且频宽都比较窄，难以应用于脉动频率变化的流体系统。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的衰减频率固定的脉动衰减器不能有效衰减频率变化的流量脉动的问题，特提供了一种可调频率的流量脉动衰减器，可以手动调节脉动衰减器的衰减频率接近系统真实脉动频率，使脉动衰减效果在较宽的频带内都能最大化。

本发明采用的技术方案如下：

包括壳体与安装在壳体内的脉动敏感机构、弹簧质量振动机构、质量调节机构和稳压机构，弹簧质量振动机构安装在壳体和脉动敏感机构之间，脉动敏感机构包含有稳压套筒，质量调节机构连接到弹簧质量振动机构调节其弹簧力，质量调节机构和脉动敏感机构上设有用于稳定内腔油压的稳压机构。

所述脉动敏感机构将脉动的流量信号转化为所述弹簧质量振动机构两端的脉动的压力差信号，这种脉动的压力差信号引起弹簧质量振动机构的振动响应，并且被弹簧质量振动机构吸收或释放而衰减。

所述质量调节机构使所述弹簧质量振动机构的质量根据需要改变，从而改变弹簧质量振动机构的衰减频率。

每次调定所述质量调节机构后，再调节所述稳压机构使所述弹簧质量振动机构的液体质量部分的压力与系统压力平衡，使弹簧质量振动机构的质量等于调定值。

所述的脉动敏感机构包括从前端到后端同轴依次套在稳压套筒内的前套筒、阻尼板、后套筒，阻尼板上设有阻尼孔，后端盖、前端盖分别螺纹套接在壳体内的前、后端，稳压套筒前端套在前端盖内，并通过前端盖前部螺纹连接的进口接头轴向固定，稳压套筒后端顶在后端盖的内端面上，前套筒、后套筒、进口接头、后端盖和前端盖的中心孔以及阻尼孔均同轴贯通；前套筒侧壁设有前油口，稳压套筒侧壁设有与前油口相通的第一油口，后套筒侧壁设有后油口，稳压套筒侧壁设有与后油口相通的第二油口；稳压套筒外侧壁与壳体内壁之间设有弹簧质量振动机构。

所述的弹簧质量振动机构包括前弹簧、前活塞、中弹簧、后活塞和后弹簧；前活塞前端面经前弹簧连接到前端盖内端面，前活塞后端面经中弹簧连接到后活塞前端面，后活塞后端面经后弹簧与所述质量调节机构的垫片连接，后活塞呈环形板结构，前活塞为前端具有环形板的套筒结构，后活塞密封套在前活塞套筒外壁与壳体内壁之间，使得后活塞与前活塞之间形成空间可变的中腔。

质量不变的前活塞、后活塞、中弹簧和中腔中的液体构成弹簧质量振动机构的质量块，当所述中腔中的液体压力与流经衰减器的系统压力相等时，通过所述质量调节机构调定所述后弹簧的预紧力，使得前弹簧和中弹簧、后弹簧三者力与液体压力平衡。

中弹簧的压缩量由其刚度和这个预紧力决定，从而中腔的体积由这个预紧力决定，从而中腔液体的质量由这个预紧力决定，从而弹簧质量振动机构的整体质量由这个预紧力决定。

所述的质量调节机构包括环形的垫片、多根推杆和调节螺母，螺母螺纹套接在后端盖的中心轴上，多根推杆沿后端盖的周围间隔平行均布，多根推杆的一端顶在螺母的内端面，多根推杆的另一端密封穿过后端盖的凸缘后连接到垫片的一端，弹簧质量振动机构的后弹簧连接到垫片的另一端。

调节螺母旋转沿后端盖轴向移动带动所述推杆和所述垫片移动，使所述后弹簧的预紧力达到调定值，最终使所述弹簧质量振动机构的衰减频率达到调定的衰减频率。

所述的稳压机构包括稳压拨杆、设置于稳压套筒的导油槽和设置于前活塞的导油孔，位于前端盖处的稳压套筒侧面设有一沉孔，稳压拨杆穿过前端盖侧面的凹槽插入到沉孔中，第一油口和第二油口之间的稳压套筒外侧壁设有一条形沿轴向的导油槽，导油槽与沉孔在同一直线上，前活塞套筒侧壁设有一导油孔，导油槽的长度大于前活塞轴向长度。

所述的前端盖侧面的凹槽为沿前端盖周向且占1/4圆周的弧形通槽。拨动稳压拨杆以使稳压套筒转动至所述导油槽和所述导油孔隔断，使所述中腔的液体质量不受衰减器工作时脉动压力和振动的影响，使所述弹簧质量振动机构的衰减频率维持在调定的衰减频率。

本发明所述的脉动敏感机构也可以是阻尼片或者长阻尼孔，或者其他可以通过改进安装方式而安装在本衰减器上的流量敏感机构，比如长管道等。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明能在系统脉动频率变化的情况下，通过改变衰减器的弹簧质量振动机构的振子的质量使脉动衰减器的衰减频率接近系统真实脉动频率，实现了衰减频率可调，使脉动衰减效果在较宽的频带内都能最大化；本发明的流量脉动衰减器采用管式安装，可安装在泵源出口或者管路系统或者其他元件油口等位置，安装方便，结构小巧紧凑，适用于各种液体介质。

附图说明

图1为本发明的一种可调频率的流量脉动衰减器的简化纵剖面图；

图2为本发明衰减器的工作状态时的第一个实施实例的简化纵剖面图；

图3为本发明衰减器的工作状态时的第二个实施实例的简化纵剖面图；

图4为本发明衰减器的后端盖的简化纵剖面图；

图5为本发明衰减器的后端盖的A-A剖视图；

图6为本发明衰减器的稳压套筒的简化纵剖面图；

图7为本发明衰减器的稳压套筒的A-A剖面图；

图8为本发明衰减器的稳压套筒的B-B剖视图；

图9为本发明衰减器的前端盖的简化纵剖面图；

图10为本发明衰减器的前端盖的A-A剖面图。

图中：1-弹簧质量振动机构，2-质量调节机构，3-稳压机构，4-脉动敏感机构，5-前弹簧，6-前活塞，7-中弹簧，8-后活塞，9-后弹簧，10-中腔，11-调节螺母，12-推杆，13-垫片，14-稳压套筒，15-导油槽，16-稳压拨杆，17-导油孔，18-后端盖，19-前端盖，20-弧形槽，21-前套筒，22-后套筒，23-壳体，24-进口接头，25-前油口，26-第一油口，27-后油口，28-第二油口，29-阻尼板。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

如图1～图3所示，本发明包括壳体23与安装在壳体23内的脉动敏感机构4、弹簧质量振动机构1、质量调节机构2和稳压机构3，弹簧质量振动机构1安装在壳体23和脉动敏感机构4之间，脉动敏感机构4包含有稳压套筒14，质量调节机构2连接到弹簧质量振动机构1调节其弹簧力，质量调节机构2和脉动敏感机构4上设有用于稳定内腔油压的稳压机构3。

如图1所示，脉动敏感机构4包括从前端到后端同轴依次套在稳压套筒14内的前套筒21、阻尼板29、后套筒22，阻尼板29上设有阻尼孔，后端盖18、前端盖19分别螺纹套接在壳体23内的前、后端，稳压套筒14前端套在前端盖19内，并通过前端盖19前部螺纹连接的进口接头24轴向固定，稳压套筒14后端顶在后端盖18的内端面上，前套筒21、后套筒22、进口接头24、后端盖18和前端盖19的中心孔以及阻尼孔均同轴贯通；前套筒21侧壁设有前油口25，稳压套筒14侧壁设有与前油口25相通的第一油口27，后套筒22侧壁设有后油口26，稳压套筒14侧壁设有与后油口26相通的第二油口28；稳压套筒14外侧壁与壳体23内壁之间设有弹簧质量振动机构1。前端盖19端面与进口接头24凸缘端面之间设有密封圈，后端盖18、前端盖19分别与壳体23内部的台阶面之间设有密封圈。

如图1所示，弹簧质量振动机构1包括前弹簧5、前活塞6、中弹簧7、后活塞8和后弹簧9；前活塞6前端面经前弹簧5连接到前端盖19内端面，前活塞6后端面经中弹簧7连接到后活塞8前端面，后活塞8后端面经后弹簧9与所述质量调节机构2的垫片13连接，前活塞6和后活塞8均套在稳压套筒14外，后活塞8呈环形板结构，前活塞6为前端具有环形板的套筒结构，后活塞8密封套在前活塞6套筒外壁与壳体23内壁之间，使得后活塞8与前活塞6之间形成空间可变的中腔10。后活塞8外侧面、前活塞6凸缘外侧面分别与壳体23内壁之间均设有密封圈，后活塞8内侧面与前活塞6套筒外壁之间设有密封圈。

如图1所示，质量调节机构2包括环形的垫片13、多根推杆12和调节螺母11，螺母11螺纹套接在后端盖18的中心轴上，多根推杆12沿后端盖18的周围间隔平行均布，多根推杆12的一端顶在螺母11的内端面，多根推杆12的另一端密封穿过后端盖18的凸缘后连接到垫片13的一端，每根推杆12与后端盖18之间均通过密封圈密封，弹簧质量振动机构1的后弹簧9连接到垫片13的另一端。

如图1所示，稳压机构3包括稳压拨杆16、设置于稳压套筒14的导油槽15和设置于前活塞6的导油孔17，位于前端盖19处的稳压套筒14侧面设有一沉孔，稳压拨杆16穿过前端盖19侧面的凹槽插入到沉孔中，如图6所示，稳压拨杆16前后的前端盖19内壁和稳压套筒14外壁之间均通过密封圈密封，第一油口27和第二油口28之间的稳压套筒14外侧壁设有一条形沿轴向的导油槽15，如图6所示，导油槽15与沉孔在同一直线上，前活塞6套筒侧壁设有一导油孔17，导油槽15的长度大于前活塞6轴向长度，使得前腔和后腔依次经导油槽15和导油孔17后与中腔相通。通过转动稳压拨杆16控制导油孔17和导油槽15是否相通，进而控制中腔与稳压套筒14内腔的相通。

稳压套筒14和稳压拨杆16通过螺纹连接，拨动稳压拨杆16以使稳压套筒14转动至所述导油槽15和所述导油孔17连通，使所述中腔10中的液体压力与流经衰减器的系统压力相等，中腔10根据设定的弹簧力排出或者吸收液体。

前端盖19侧面的凹槽为沿前端盖19周向且占1/4圆周的弧形通槽。拨动稳压拨杆16以使稳压套筒14转动至所述导油槽15和所述导油孔17隔断，使所述中腔10的液体质量不受衰减器工作时脉动压力和振动的影响，使所述弹簧质量振动机构1的衰减频率维持在调定的衰减频率。

脉动敏感机构4，在流量有脉动时，会造成脉动敏感机构4前后的压力差脉动，即造成弹簧质量振动机构1的压力差脉动，被可变质量的弹簧质量振动机构1吸收，使脉动敏感机构4处的流量稳定。

脉动敏感机构4可以是阻尼片或者长阻尼孔，阻尼的大小根据实际流量工况选取，以适应不同系统的不同流量；所述脉动敏感机构4还可以是其他可以通过改进安装方式而安装在本衰减器上的流量敏感元件，比如长管道等。

本发明的具体实施工作过程如下：

参见附图6～图8所示，导油槽15与所述的前活塞6上的导油孔17配合使用，每次根据实际脉动频率重新调整调节螺母11时都需要调整稳压机构3。稳压套筒14和稳压拨杆16通过螺纹连接，稳压拨杆16的可拨动空间受前端盖19上90度的弧形槽20限制，参见附图9和图10所示。

步骤一：拨动稳压拨杆16至导油槽15和导油孔17连通；

当拨动稳压拨杆16以使稳压套筒14转动至导油槽15和导油孔17连通，附图1所示的就是一个连通的例子，使中腔10中的液体压力与流经衰减器的系统压力相等，中腔10根据设定的弹簧力排出或者吸收液体。

前套筒21开有环状分布的多个前油口25，后套筒22开有环状分布的多个第一油口26，稳压套筒14开有环状分布的多个后油口27和第二油口28，保证旋转稳压套筒14时，前套筒21的前油口25和稳压套筒14的后油口27始终连通，后套筒22的第一油口26和稳压套筒14的第二油口28始终连通；所述的壳体23通过螺纹与前端盖19、后端盖18联接，进口接头24通过螺纹与前端盖19联接。

套筒中心孔内的油液经第一油口27和前油口25后进入前腔中，套筒中心孔内的油液经第二油口28和后油口26后进入后腔中，当稳压拨杆16转动至导油孔17和导油槽15相通时，前腔和后腔均与中腔10相通。

步骤二：转动调节螺母11至目标频率位置；

调节螺母11的轴向移动带动推杆12和垫片13移动，使后弹簧9的预紧力达到调定值，前弹簧5和中弹簧7、后弹簧9一起压缩或伸长，使前活塞6与后活塞8的距离变小或变大，使中腔10液体的质量变小或变大，最终使所述弹簧质量振动机构1的衰减频率达到调定的衰减频率，附图2和附图3所示的就分别是预紧力很小和预紧力很大的两个实施案例；所述调节螺母11的位置与衰减频率的关系可以通过实验和仿真计算等方式得出，并将之标示在后端盖18上以指示当前调节螺母11位置时的衰减频率；所述推杆12一共有六根，呈环状均匀分布安装在后端盖18中，参见附图4和图5所示；替代地，可以考虑仅用三个或四根推杆呈环状均匀分布安装在后端盖中，也可以考虑将质量调节机构换成电动推杆、液压缸等执行机构，实现脉动衰减器的衰减频率的远程可调和自主控制。

步骤三；拨动稳压拨杆16至导油槽15和导油孔17隔断；

当拨动稳压拨杆16以使稳压套筒14转动至导油槽15和导油孔17不连通，附图2和附图3所示的就是两个隔断的例子，使中腔10的液体质量不受衰减器工作时脉动压力和振动的影响，使所述弹簧质量振动机构1的衰减频率维持在调定的衰减频率。替代地，可以考虑将稳压拨杆换成舵机等执行机构，以适应衰减器的电气化改造。

具体实施中的步骤一和步骤二的顺序可以互换。

本发明能在系统脉动频率变化的情况下，根据步骤一到步骤三的实施顺序，通过改变衰减器的弹簧质量振动机构的振子的质量使脉动衰减器的衰减频率接近系统真实脉动频率，实现了衰减频率可调，使脉动衰减效果在较宽的频带内都能最大化；本发明的流量脉动衰减器进口接头24和后端盖18可设计成各种管接头形式，采用管式安装，可安装在泵源出口或者管路系统或者其他元件油口等位置，安装方便，结构小巧紧凑，适用于各种液体介质。

Claims (6)

1.一种可调频率的流量脉动衰减器，其特征在于：包括壳体(23)与安装在壳体(23)内的脉动敏感机构(4)、弹簧质量振动机构(1)、质量调节机构(2)和稳压机构(3)，弹簧质量振动机构(1)安装在壳体(23)和脉动敏感机构(4)之间，脉动敏感机构(4)包含有稳压套筒(14)，质量调节机构(2)连接到弹簧质量振动机构(1)调节其弹簧力，质量调节机构(2)和脉动敏感机构(4)上设有用于稳定内腔油压的稳压机构(3)。

2.根据权利要求1所述的一种可调频率的流量脉动衰减器，其特征在于：所述的脉动敏感机构(4)包括从前端到后端同轴依次套在稳压套筒(14)内的前套筒(21)、阻尼板(29)、后套筒(22)，阻尼板(29)上设有阻尼孔，后端盖(18)、前端盖(19)分别螺纹套接在壳体(23)内的前、后端，稳压套筒(14)前端套在前端盖(19)内，并通过前端盖(19)前部螺纹连接的进口接头(24)轴向固定，稳压套筒(14)后端顶在后端盖(18)的内端面上，前套筒(21)、后套筒(22)、进口接头(24)、后端盖(18)和前端盖(19)的中心孔以及阻尼孔均同轴贯通；前套筒(21)侧壁设有前油口(25)，稳压套筒(14)侧壁设有与前油口(25)相通的第一油口(27)，后套筒(22)侧壁设有后油口(26)，稳压套筒(14)侧壁设有与后油口(26)相通的第二油口(28)；稳压套筒(14)外侧壁与壳体(23)内壁之间设有弹簧质量振动机构(1)。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调频率的流量脉动衰减器，其特征在于：所述的弹簧质量振动机构(1)包括前弹簧(5)、前活塞(6)、中弹簧(7)、后活塞(8)和后弹簧(9)；前活塞(6)前端面经前弹簧(5)连接到前端盖(19)内端面，前活塞(6)后端面经中弹簧(7)连接到后活塞(8)前端面，后活塞(8)后端面经后弹簧(9)与所述质量调节机构(2)连接，后活塞(8)呈环形板结构，前活塞(6)为前端具有环形板的套筒结构，后活塞(8)密封套在前活塞(6)套筒外壁与壳体(23)内壁之间，使得后活塞(8)与前活塞(6)之间形成空间可变的中腔(10)。

4.按照权利要求1所述的一种可调频率的流量脉动衰减器，其特征在于：所述的质量调节机构(2)包括环形的垫片(13)、多根推杆(12)和调节螺母(11)，螺母(11)螺纹套接在后端盖(18)的中心轴上，多根推杆(12)沿后端盖(18)的周围间隔平行均布，多根推杆(12)的一端顶在螺母(11)的内端面，多根推杆(12)的另一端密封穿过后端盖(18)的凸缘后连接到垫片(13)的一端，弹簧质量振动机构(1)的后弹簧(9)连接到垫片(13)的另一端；通过调节调节螺母(11)在后端盖(18)的中心轴的轴向移动带动所述后弹簧(9)移动调节预紧力。

5.按照权利要求1所述的一种可调频率的流量脉动衰减器，其特征在于：所述的稳压机构(3)包括稳压拨杆(16)、设置于稳压套筒(14)的导油槽(15)和设置于前活塞(6)的导油孔(17)，位于前端盖(19)处的稳压套筒(14)侧面设有一沉孔，稳压拨杆(16)穿过前端盖(19)侧面的凹槽插入到沉孔中，第一油口(27)和第二油口(28)之间的稳压套筒(14)外侧壁设有一条形沿轴向的导油槽(15)，导油槽(15)与沉孔在同一直线上，前活塞(6)套筒侧壁设有一导油孔(17)，导油槽(15)的长度大于前活塞(6)轴向长度。

6.按照权利要求5所述的一种可调频率的流量脉动衰减器，其特征在于：所述的前端盖(19)侧面的凹槽为沿前端盖(19)周向且占1/4圆周的弧形通槽。拨动稳压拨杆(16)以使稳压套筒(14)转动至所述导油槽(15)和所述导油孔(17)隔断，使所述中腔(10)的液体质量不受衰减器工作时脉动压力和振动的影响，使所述弹簧质量振动机构(1)的衰减频率维持在调定的衰减频率。