CN106704167B - 一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置。柱塞泵外设有套筒，套筒内固定有上、下带孔阻尼片，套筒内的空腔被上、下带孔阻尼片分割为排油缓冲腔、上缓冲腔和下缓冲腔，上缓冲腔处的套筒端口部连接有上调节螺母，下缓冲腔处的套筒端口部连接有下调节螺母；吸油槽和排油槽两端之间的配流盘上分别设有上、下死点阻尼孔，上、下死点阻尼孔分别经上、下细管与上、下缓冲腔连接相通，排油口经排油细管和排油缓冲腔连接相通。本发明能有效衰减柱塞泵的固有流量倒灌幅值，使泵高压排油压力的脉动幅值得到有效衰减，也实现了衰减频率可调；能集成在柱塞泵壳体中，适用于各类型的液压柱塞泵。

Description

一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置

技术领域

本发明涉及压力脉动衰减器，特别是涉及了一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，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液压泵源压力脉动问题和传统衰减频率固定的脉动衰减器不能有效衰减频率变化的压力脉动的问题，特提供了一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减器，可以高效衰减柱塞泵输出的压力脉动幅值，并可以根据柱塞泵转速调整衰减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：

压力脉动衰减装置安装在柱塞泵上，柱塞泵包括吸油口、吸油槽、排油槽和排油口，吸油槽和排油槽设置在配流盘上，压力脉动衰减装置包括上死点压力缓冲机构、排油缓冲机构和下死点压力缓冲机构，上死点压力缓冲机构包括上死点阻尼孔、上细管、上缓冲腔、上调节螺母和上带孔阻尼片的通孔，下死点压力缓冲机构包括下死点阻尼孔、下细管、下缓冲腔、下调节螺母和下带孔阻尼片的通孔，所述排油缓冲机构包括排油细管和排油缓冲腔；柱塞泵外设有一套筒，套筒内固定有上带孔阻尼片和下带孔阻尼片，套筒内的空腔被上带孔阻尼片和下带孔阻尼片分割为位于中间的排油缓冲腔以及分别位于两侧的上缓冲腔和下缓冲腔，上缓冲腔处的套筒端口部连接有用于调节腔体大小的上调节螺母，下缓冲腔处的套筒端口部连接有用于调节腔体大小的下调节螺母；吸油槽和排油槽两端之间的配流盘上分别设有上死点阻尼孔和下死点阻尼孔，上死点阻尼孔和下死点阻尼孔均为通孔，上死点阻尼孔和下死点阻尼孔分别经上细管、下细管与上缓冲腔和下缓冲腔连接相通，排油口经排油细管和排油缓冲腔连接相通。

所述的上带孔阻尼片和下带孔阻尼片上均设有通孔，经通孔使得排油缓冲腔的两侧分别与上缓冲腔和下缓冲腔连接相通。

所述的上死点阻尼孔与柱塞泵配流盘的上死点附近过渡区连接相通，当柱塞泵的柱塞运动到上死点阻尼孔附近时，柱塞腔与上死点阻尼孔连通，上死点压力缓冲机构的上缓冲腔通过上带孔阻尼片的通孔与排油缓冲机构的排油缓冲腔连通，通过旋转上调节螺母改变上缓冲腔的容积。

所述的下死点阻尼孔与柱塞泵配流盘的下死点附近过渡区连接相通，当柱塞泵的柱塞运动到下死点阻尼孔附近时，柱塞腔与下死点阻尼孔连通，下死点压力缓冲机构的下缓冲腔通过下带孔阻尼片的通孔与排油缓冲机构的排油缓冲腔连通，通过旋转下调节螺母改变下缓冲腔的容积。

所述的上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构分别通过旋转上调节螺母和下调节螺母改变上缓冲腔和下缓冲腔的容积，使上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构的衰减频率发生改变，以适应柱塞泵转速的变化。

所述上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构的同时作用使柱塞泵的排油压力脉动得到最大程度衰减。

所述的上调节螺母和下调节螺母上通过刻度线方式标注有衰减频率值，此衰减频率值采用通过理论计算获得的近似值或者采用实际试验测试获得的准确值。使得上调节螺母和下调节螺母旋转到刻度线时的上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构的衰减频率为所标注的衰减频率值。

本发明装置的各个部件结构均在柱塞泵壳体内，各个细管和容腔均布置在壳体内，能够不需要添加额外的导管和容腔等部件，能提高壳体的空间利用率，减小壳体的重量。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明能有效衰减柱塞泵的固有流量倒灌幅值，从而使泵高压排油压力的脉动幅值得到有效衰减，且系统脉动频率变化的情况下，通过旋转螺母调整缓冲腔容积，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。

本发明的压力脉动衰减装置主要结构均集成在柱塞泵壳体中，结构紧凑，适用于各类型的液压柱塞泵。

附图说明

图1为本发明装置的简化原理图。

图2为本发明配流盘端面区域分布示意图。

图3为本发明的一个实施实例。

图中：1-吸油口，2-吸油槽，3-上死点阻尼孔，4-排油槽，5-上细管，6-排油口，7-排油细管，8-上调节螺母，9-上缓冲腔，10-上带孔阻尼片，11-排油缓冲腔，12-下带孔阻尼片，13-下缓冲腔，14-下调节螺母，15-下细管，16-下死点阻尼孔，17-配流盘，18-上死点附近过渡区，19-下死点附近过渡区，20-排油区，21-吸油区，22-套筒。

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：

柱塞泵包括吸油口1、吸油槽2、排油槽4和排油口6，吸油槽2和排油槽4设置在配流盘17上，本发明设置并连接在柱塞泵的配流盘17上，如图1所示，具体包括上死点压力缓冲机构、排油缓冲机构和下死点压力缓冲机构，上死点压力缓冲机构包括上死点阻尼孔3、上细管5、上缓冲腔9、上调节螺母8和上带孔阻尼片10的通孔，下死点压力缓冲机构包括下死点阻尼孔16、下细管15、下缓冲腔13、下调节螺母14和下带孔阻尼片12的通孔，排油缓冲机构包括排油细管7和排油缓冲腔11。

如图1所示，柱塞泵外设有一套筒22，套筒22内固定有上带孔阻尼片10和下带孔阻尼片12，套筒22内的空腔被上带孔阻尼片10和下带孔阻尼片12分割为位于中间的排油缓冲腔11以及分别位于两侧的上缓冲腔9和下缓冲腔13，上缓冲腔9处的套筒22端口部连接有用于调节腔体大小的上调节螺母8，下缓冲腔13处的套筒22端口部连接有用于调节腔体大小的下调节螺母14；吸油槽2和排油槽4两端之间的配流盘17上分别设有上死点阻尼孔3和下死点阻尼孔16，上死点阻尼孔3和下死点阻尼孔16均为通孔，上死点阻尼孔3和下死点阻尼孔16分别经上细管5、下细管15与上缓冲腔9和下缓冲腔13连接相通，排油口6经排油细管7和排油缓冲腔11连接相通。

上带孔阻尼片10和下带孔阻尼片12上均设有通孔，经通孔使得排油缓冲腔11的两侧分别与上缓冲腔9和下缓冲腔13连接相通。

如图2所示，配流盘17的端面上由开有的吸油槽2、排油槽4、上死点阻尼孔3和下死点阻尼孔16分为四个区域，分别为上死点附近过渡区18、下死点附近过渡区19、排油区20和吸油区21，排油区20为排油槽4两端边缘之间的区域，吸油区21为吸油槽2两端边缘之间的区域，上死点附近过渡区18为位于上死点阻尼孔3附近的吸油槽2边缘到排油槽4边缘之间的区域，下死点附近过渡区19为位于下死点阻尼孔16附近的吸油槽2边缘到排油槽4边缘之间的区域。

上死点阻尼孔3与柱塞泵配流盘17的上死点附近过渡区连接相通，上死点压力缓冲机构通过上死点阻尼孔3与上死点附近过渡区连通，当柱塞泵的柱塞运动到上死点阻尼孔3附近时，柱塞腔与上死点阻尼孔3连通，上死点压力缓冲机构的上缓冲腔9通过上带孔阻尼片10的通孔与排油缓冲机构的排油缓冲腔11连通，通过旋转上调节螺母8改变上缓冲腔9的容积。

下死点阻尼孔16与柱塞泵配流盘17的下死点附近过渡区连接相通，下死点压力缓冲机构通过下死点阻尼孔16与下死点附近过渡区连通，当柱塞泵的柱塞运动到下死点阻尼孔16附近时，柱塞腔与下死点阻尼孔16连通，下死点压力缓冲机构的下缓冲腔13通过下带孔阻尼片12的通孔与排油缓冲机构的排油缓冲腔11连通，通过旋转下调节螺母14改变下缓冲腔13的容积。

上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构分别通过旋转上调节螺母8和下调节螺母14改变上缓冲腔9和下缓冲腔13的容积，使上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构的衰减频率发生改变，以适应柱塞泵转速的变化。

本发明的具体实施工作过程如下：

参见附图1所示，本发明装置的各个部件结构均在柱塞泵壳体内，各个细管和容腔均布置在壳体内。并根据事先标定的频率值旋转调整螺母到柱塞泵工作转速对应的频率位置，即可使柱塞泵出口脉动压力得到衰减，当工作转速变化时，只需再根据转速调定螺母位置到新的频率位置即可。

上死点压力缓冲机构工作原理如下：柱塞泵排油口高压脉动压力经过排油细管7、排油缓冲腔11、上带孔阻尼片10的通孔、上缓冲腔9、上细管5、上死点阻尼孔3后产生油液压力波，油液压力波的相位和幅值发生变化，细管表现为阻性和感性，类似于电路中的电阻和电感，阻尼表现为阻性，类似于电路中的电阻，容腔表现为容性，类似于电路中的电容。当上死点压力缓冲机构的阻抗匹配(在输出端阻抗匹配的情况下，压力和流量脉动波所携带的能量全部为负载所吸收)时，排油口6高压脉动压力与所连通柱塞腔固有的压力脉动达到最大程度地相互抵消，衰减了柱塞在上死点附近的流量倒灌，使泵排油压力脉动也随之衰减。

下死点压力缓冲机构工作原理如下：柱塞泵排油口高压脉动压力经过排油细管7、排油缓冲腔11、下带孔阻尼片12的通孔、下缓冲腔13、下细管15、下死点阻尼孔16后，相位和幅值发生变化，细管表现为阻性和感性，类似于电路中的电阻和电感，阻尼表现为阻性，类似于电路中的电阻，容腔表现为容性，类似于电路中的电容。当下死点压力缓冲机构的阻抗匹配(在输出端阻抗匹配的情况下，压力和流量脉动波所携带的能量全部为负载所吸收)时，排油口6高压脉动压力与所连通柱塞腔固有的压力脉动达到最大程度地相互抵消，衰减了柱塞在下死点附近的流量倒灌，使泵排油压力脉动也随之衰减。

当柱塞泵转速变大时，需要增大本发明压力脉动衰减装置衰减频率来使脉动衰减效果最大化，此时可以将本装置的上调节螺母8和下调节螺母14分别往里旋转，使上缓冲腔9和下缓冲腔13的容积减小，达到如附图3所示位置，即压力脉动衰减装置达到新的最佳衰减效果状态。

由此，本发明具有其突出显著的技术效果，能有效衰减柱塞泵的固有流量倒灌幅值，从而使泵高压排油压力的脉动幅值得到有效衰减，且系统脉动频率变化的情况下，通过旋转螺母调整缓冲腔容积，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；并且主要结构均集成在柱塞泵壳体中，结构紧凑。

Claims (6)

1.一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，柱塞泵包括吸油口(1)、吸油槽(2)、排油槽(4)和排油口(6)，吸油槽(2)和排油槽(4)设置在配流盘(17)上，其特征在于：包括上死点压力缓冲机构、排油缓冲机构和下死点压力缓冲机构，上死点压力缓冲机构包括上死点阻尼孔(3)、上细管(5)、上缓冲腔(9)、上调节螺母(8)和上带孔阻尼片(10)的通孔，下死点压力缓冲机构包括下死点阻尼孔(16)、下细管(15)、下缓冲腔(13)、下调节螺母(14)和下带孔阻尼片(12)的通孔，所述排油缓冲机构包括排油细管(7)和排油缓冲腔(11)；

柱塞泵外设有一套筒(22)，套筒(22)内固定有上带孔阻尼片(10)和下带孔阻尼片(12)，套筒(22)内的空腔被上带孔阻尼片(10)和下带孔阻尼片(12)分割为位于中间的排油缓冲腔(11)以及分别位于两侧的上缓冲腔(9)和下缓冲腔(13)，上缓冲腔(9)处的套筒(22)端口部连接有用于调节腔体大小的上调节螺母(8)，下缓冲腔(13)处的套筒(22)端口部连接有用于调节腔体大小的下调节螺母(14)；

吸油槽(2)和排油槽(4)两端之间的配流盘(17)上分别设有上死点阻尼孔(3)和下死点阻尼孔(16)，上死点阻尼孔(3)和下死点阻尼孔(16)分别经上细管(5)、下细管(15)与上缓冲腔(9)和下缓冲腔(13)连接相通，排油口(6)经排油细管(7)和排油缓冲腔(11)连接相通。

2.根据权利要求1所述的一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，其特征在于：所述的上带孔阻尼片(10)和下带孔阻尼片(12)上均设有通孔，经通孔使得排油缓冲腔(11)的两侧分别与上缓冲腔(9)和下缓冲腔(13)连接相通。

3.根据权利要求2所述的一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，其特征在于：所述的上死点阻尼孔(3)与柱塞泵配流盘(17)的上死点附近过渡区连接相通，当柱塞泵的柱塞运动到上死点阻尼孔(3)附近时，柱塞腔与上死点阻尼孔(3)连通，上死点压力缓冲机构的上缓冲腔(9)通过上带孔阻尼片(10)的通孔与排油缓冲机构的排油缓冲腔(11)连通，通过旋转上调节螺母(8)改变上缓冲腔(9)的容积。

4.根据权利要求2所述的一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，其特征在于：所述的下死点阻尼孔(16)与柱塞泵配流盘(17)的下死点附近过渡区连接相通，当柱塞泵的柱塞运动到下死点阻尼孔(16)附近时，柱塞腔与下死点阻尼孔(16)连通，下死点压力缓冲机构的下缓冲腔(13)通过下带孔阻尼片(12)的通孔与排油缓冲机构的排油缓冲腔(11)连通，通过旋转下调节螺母(14)改变下缓冲腔(13)的容积。

5.根据权利要求1所述的一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，其特征在于：所述的上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构分别通过旋转上调节螺母(8)和下调节螺母(14)改变上缓冲腔(9)和下缓冲腔(13)的容积，使上死点压力缓冲机构和下死点压力缓冲机构的衰减频率发生改变，以适应柱塞泵转速的变化。

6.根据权利要求1所述的一种集成在柱塞泵内的可调衰减频率的压力脉动衰减装置，其特征在于：所述的上调节螺母(8)和下调节螺母(14)上通过刻度线方式标注有衰减频率值。