CN108644086B - 一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，它包括圆柱形入口管道、大衰减球腔、小衰减球腔和圆柱形出口管道四部分；四部分相互之间的关系是：圆柱形入口管道1的一端固定在本发明的工作对象柱塞泵上，另一端连接大衰减球腔；大衰减球腔上的另一侧连接圆柱形出口管道，圆柱形出口管道的一端伸入大衰减球腔中连接小衰减球腔，油液从另一端流出；该四部分联接成一体，壁厚为t；本发明直接集成在柱塞泵上，不影响其他管路系统，衰减脉动时响应速度快、无迟滞，同时结构简单、内部无活动部件故可靠性高,工艺性好。

Description

一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器

技术领域

本发明涉及一种压力脉动衰减器，特别涉及一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，属于柱塞泵压力脉动控制领域。

背景技术

液压系统由于动作迅速、机械特性好、输出压力高、运动平稳，广泛运用于工程建设中。在液压系统中柱塞泵通过将动力机的机械能转换成液体的压力能从而为整个系统提供动力，是液压系统的“心脏”，其在周期性的机械运动过程中会产生流量脉动，流量脉动在液压系统中遇到执行机构或负载等会产生周期性的压力脉动，随着现代系统工作压力的不断提高，原本存在的压力脉动就会更加突出，直接导致管路的应力脉动和机械振动，影响系统和元件的工作质量、降低其可靠性和使用寿命，严重阻碍了液压系统的高压化进程，因此如何有效降低压力脉动十分重要。

目前采取在泵的出口加装压力脉动衰减器以此抑制脉动有较好的衰减效果。脉动衰减器可分为主动式和被动式，主动式受限于主动控制技术的发展，在处理高频和多频振动时控制系统有所滞后，其可靠性和安全性无法保证。被动式分为阻性和抗性，阻性衰减器通过能量的吸收和反射来缓和压力脉动，但能量损耗大；抗性衰减器主要利用波的谐振和干涉来降低脉动，其中扩张式型衰减频率与其体积成正比，但若体积过大则不符合飞行器上的结构和体积要求。因此设计合理的衰减器，使其工作频域宽、结构简单紧凑、衰减效果好，是一个必须深入研究的问题。

发明内容

(一)发明的目的

本发明针对上述存在的技术问题，提出了一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，在传统的球形衰减器腔内部加装一个较小的球形容腔，在满足体积要求的同时利用两个球腔对脉动进行二次衰减；此外，通过设计小球腔不同偏心安装位置，利用干涉对相反相位的脉动进行衰减，同时小球腔上开有圆孔，油液流经小孔时使脉动形态紊乱，耗散脉动能量。综上，可实现控制简单、宽频高效的脉动衰减。

(二)技术方案

本发明为一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，包括圆柱形入口管道1、大衰减球腔2、小衰减球腔3和圆柱形出口管道4四部分；四部分相互之间的关系是：圆柱形入口管道1的一端固定在本发明的工作对象柱塞泵上，另一端连接大衰减球腔2；大衰减球腔2上的另一侧连接圆柱形出口管道4，圆柱形出口管道4的一端伸入大衰减球腔2中连接小衰减球腔3，油液从另一端流出；该四部分联接成一体，壁厚为t；

所述的圆柱形入口管道1，该管道1的直径为d、长度为L1，其一端固定在本发明的工作对象柱塞泵上，另一端连接大衰减球腔2，该管道1的中轴线通过大衰减球腔2的球心，可根据本发明与柱塞泵实际安装位置需要弯曲一定的弧度；

所述的大衰减球腔2，该大衰减球腔2的半径为R1，其上开了两个直径为d的圆孔，以分别连接圆柱形入口管道1和圆柱形出口管道4；该大衰减球腔2上的两圆孔的圆心与大衰减球腔2球心的两条连线夹角为a；

所述的小衰减球腔3，该小衰减球腔3的半径为R2，其上开了一个直径为d的圆孔，以连接圆柱形出口管道4，且该圆柱形出口管道4的中轴线通过其球心；为利用小衰减球腔3实现对相反相位脉动的完全干涉衰减，使小衰减球腔3的球心相对大衰减球腔2的球心向上偏离e，具体尺寸确定如下：根据本发明的工作对象柱塞泵的工作频率选取一适中的频率f，油液从圆柱形入口管道1流入的速度为v，则相反相位脉动相差的行程x＝v/2f，以此相差行程计算小衰减球腔3球心相对于大衰减球腔2球心安装偏心距离为e＝R2*cos[90-45*v/(2π*f*R2)]，实际加工可根据本发明所述的脉动衰减器工作频率确定e；另外，在小衰减球腔3背离圆柱形入口管道1的一侧开有两个关于圆柱形入口管道1中轴线对称的圆孔，以实现对流入小衰减球腔3油液的脉动扰乱，该圆孔半径为r、两圆心距离为L，各距圆柱形入口管道1中轴线的垂直距离为L/2；

所述的圆柱形出口管道4，该管道4的直径为d、长度为L2，其一端连接小衰减球腔3，油液从另一端流出；其中轴线通过小衰减球腔3的球心，且与圆柱形入口管道1的中轴线在同一平面上。

(三)本发明有益效果：

(1)本发明在传统的球腔脉动衰减器内部增加一个较小的球腔，在占用有限空间的条件下做到更高效地衰减脉动。一方面利用油液惯性和可压缩性，使油液在流经大、小球腔时进行多次的膨胀、压缩，从而使脉动能量得到释放来降低压力脉动；另一方面利用油液的粘性，使其在大球腔内部流动时，在大球腔内壁面和小球腔外壁面的作用下产生一次粘性耗散，在小球腔内部流动时，在小球腔内壁面的作用下产生二次粘性耗散，从而降低中高频压力脉动。

(2)相较传统衰减器中油液直接在大球腔内部流动，油液从一侧沿小球腔壁面绕流到另一侧，能更好的引导脉动进行反射和干涉从而达到脉动衰减的效果。小球腔相对于入口管道不对称布置，可以根据不同柱塞泵的工况设计不同的偏心距离，从而使相反相位的脉动正好在小球腔尾侧进行叠加干涉，十分有效地衰减中高频脉动。

(3)在小球腔一侧开两个小孔作为油液流入小球腔的入口，压力脉动经过小孔时流动的形态变紊乱，脉动能量在阻尼的作用下转化为热能被耗散，相较于在内部加多孔板等传统设计，直接在壁面开孔使内部无活动部件，更可靠有效地衰减低频脉动。

(4)本发明直接集成在柱塞泵上，不影响其他管路系统，衰减脉动时响应速度快、无迟滞，同时结构简单、内部无活动部件故可靠性高，工艺性好。

附图说明

图1为本发明的集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器的轴测图。

图2为本发明的集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器的内部结构轴测图。

图3a为本发明的集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器的主视半剖图。

图3b为本发明的集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器的主视图局部放大图。

图4为本发明的集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器的左视图。

图5为本发明的集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器与其工作对象柱塞泵的位置关系图。

图中序号、代号说明如下：

1为圆柱形入口管道，2为大衰减球腔，3为小衰减球腔，4为圆柱形出口管道；

L1为圆柱形入口管道1的长度，L2为圆柱形出口管道4的长度，d为该圆柱形入口、出口管道1、4的直径，a为该圆柱形入口、出口管道1、4的中轴线的夹角；

R1为大衰减球腔2的半径，R2为小衰减球腔3的半径，t为壁厚；

e为大、小衰减球腔2、3的球心距，r为小衰减球腔3上的圆孔半径，L为小衰减球腔3上两对称圆孔圆心距。

A为局部放大图标，B为本发明集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，C为本发明工作对象柱塞泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作具体说明。

本发明实施例的结构如图1、图2、图3a、图3b、图4和图5所示，本发明一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，它包括圆柱形入口管道1、大衰减球腔2、小衰减球腔3和圆柱形出口管道4四部分；四部分相互之间的关系是：圆柱形入口管道1一端固定在本发明的工作对象柱塞泵上，另一端连接大衰减球腔2；大衰减球腔2上的另一侧连接圆柱形出口管道4，圆柱形出口管道4的一端伸入大衰减球腔2中连接小衰减球腔3，油液从另一端流出，该四部分联接成一体，壁厚为t；

如图5所示，柱塞泵泵出高压油液后流入本发明的圆柱形入口管道1中，其入口管道1可根据实际安装在柱塞泵上的需求弯曲一定的弧度。大衰减球腔2上开了两个圆孔用以连接圆柱形入口管道1和圆柱形出口管道4，油液在流经圆柱形入口、出口管道1、4和大衰减球腔2这三部分时通过流体的膨胀压缩过程、波的叠加干涉和其粘性进行一次压力脉动的衰减。圆柱形出口管道4一端伸入大衰减球腔2的内部以连接小衰减球腔3，其上开有两个圆孔，油液在大衰减球腔2内部流动时通过其外壁面和偏心位置的安装更充分地进行干涉和粘性耗散，更高效的进行一次压力脉动衰减。油液经圆孔流入小衰减球腔3可进行二次压力脉动的衰减，同时两个圆孔可以扰乱流体形态进行脉动能量耗散。经过两次脉动衰减，压力脉动会大大降低。

本发明在流体力学的理论指导下，对传统的扩张式型脉动衰减器进行了优化。双球腔设计在有限的占用空间发挥最大的效用；集合了多种阻性、抗性衰减器的结构优点，使之兼具好的脉动衰减效果和宽的脉动衰减频率范围；外部无控制元件、内部无活动部件的一体化设计，使其轻量可靠、维修方便。综上，本发明具有显著的技术效果，对于液压系统来说具有重要的理论意义和工程应用价值。

Claims (3)

1.一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，其特征在于：它包括圆柱形入口管道、大衰减球腔、小衰减球腔和圆柱形出口管道四部分；四部分相互之间的关系是：圆柱形入口管道的一端固定在工作对象柱塞泵上，另一端连接大衰减球腔；大衰减球腔上的另一侧连接圆柱形出口管道，圆柱形出口管道的一端伸入大衰减球腔中连接小衰减球腔，油液从另一端流出；该四部分联接成一体；

所述的圆柱形入口管道的直径为d、长度为L1，其一端固定在工作对象柱塞泵上，另一端连接大衰减球腔；该圆柱形入口管道的中轴线通过大衰减球腔的球心，能根据与柱塞泵实际安装位置需要弯曲一定的弧度；

所述的大衰减球腔，该大衰减球腔的半径为R1，其上开了两个直径为d的圆孔，以分别连接圆柱形入口管道和圆柱形出口管道；该大衰减球腔上的两圆孔的圆心与大衰减球腔球心的两条连线夹角为a；

所述的小衰减球腔，该小衰减球腔的半径为R2，其上开了一个直径为d的圆孔，以连接圆柱形出口管道，且该圆柱形出口管道的中轴线通过其球心；为利用小衰减球腔实现对相反相位脉动的完全干涉衰减，使小衰减球腔的球心相对大衰减球腔的球心向上偏离e，具体尺寸确定如下：

根据工作对象柱塞泵的工作频率选取频率f，油液从圆柱形入口管道流入的速度为v，则相反相位脉动相差的行程x＝v/2f，以此相差行程计算小衰减球腔球心相对于大衰减球腔球心安装偏心距离为e＝R2*cos[90-45*v/(2π*f*R2)]；所述的脉动衰减器工作频率确定e；另外，在小衰减球腔背离圆柱形入口管道的一侧开有两个关于圆柱形入口管道中轴线对称的圆孔，以实现对流入小衰减球腔油液的脉动扰乱，该圆孔半径为r、两圆心距离为L，各距圆柱形入口管道中轴线的垂直距离为L/2；

所述的圆柱形出口管道的直径为d、长度为L2，其一端连接小衰减球腔，油液从另一端流出；其中，圆柱形出口管道的轴线通过小衰减球腔的球心，且与圆柱形入口管道的中轴线在同一平面上。

2.根据权利要求1所述的一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，其特征在于：所述的圆柱形入口管道、大衰减球腔、小衰减球腔和圆柱形出口管道四部分是焊接成一体。

3.根据权利要求1所述的一种集成于柱塞泵上的内嵌式双球腔压力脉动衰减器，其特征在于：该大衰减球腔上的两圆孔的圆心与大衰减球腔球心的两条连线夹角为a＝90°。