CN112460371A - 单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其包括通孔、盖板、壳体、半球形活塞、阻尼孔和压簧。壳体的开口处设置有与壳体密封固定配合的盖板，壳体底端的中心设有第二通孔，盖板的中心设有第一通孔，半球形活塞的顶端为曲面，阻尼孔的圆心位置位于以半球形活塞的中心为圆心，以一定的曲率为半径的一曲率圆上。半球形活塞位于壳体的内部，半球形活塞将壳体的内部分为第一腔和第二腔，压簧位于第二腔内，压簧的第一端和半球形活塞的底端接触，压簧的第二端和壳体的底端接触，压簧的预紧力和流体的额定工作压力相等。本发明的半球形活塞可以缓冲更多的脉动冲击，阻尼孔可以引起系统的沿程压力损失，对液压管路有着较好的消振效果。

Description

单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法

技术领域

本发明涉及流体机械装置技术领域，特别涉及一种单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法。

背景技术

在液压系统中会出现压力和流量脉动，这些脉动会引起液压系统管路的振动，对于这些振动，大部分都是有害的，会对机械设备造成不可逆转的损害。振动会产生噪声，这些噪声在军事上也会产生一些不必要麻烦，尽管对动力机械采取了减振降噪的措施，但是在机械设备液压系统中振动噪声仍然较大。从源头上压力脉动是由于流量脉动引起的，而压力脉动会与液压管路产生流固耦合的现象，当压力脉动的频率与液压管路振动的频率相同时，此时会出现谐振，出现谐振时压力脉动要比正常使用时液压系统压力脉动大许多倍，会对液压管路和机械设备造成破坏。

流体的压力脉动和流量脉动会对液压管路和机械设备造成一定程度不可逆的疲劳损害，同时会使液压管路振动引起噪声，会对液压系统的可靠性和稳定性带来一定的影响。所以研究液压管路流体脉动机理，采用有效的方法对流体压力脉动和流量脉动进行抑制，对液压设备和管路具有良好效果。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及其消振方法，通过采用半球形活塞和阻尼孔，可有效解决流量压力脉动引起系统产生多余的流量压力脉动冲击，提高了消除流量脉动的响应速度以及频宽，对液压管路有着较好的消振效果。

本发明提供的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其包括第一通孔、盖板、壳体、第一腔、半球形活塞、阻尼孔、压簧、第二腔和第二通孔。所述壳体的上端设有开口，所述开口处设置有与所述壳体密封固定配合的盖板，所述壳体底端的中心设有第二通孔，所述盖板的中心设有第一通孔，所述半球形活塞的顶端为曲面，所述阻尼孔的圆心位置位于以半球形活塞的中心为圆心，以一定的曲率为半径的一曲率圆上，所述半球形活塞不会因流量压力脉动引起系统产生多余的流量压力脉动冲击，所述阻尼孔能耗散更多的流量压力脉动冲击的能量，从而削弱流体中出现的流量压力脉动冲击，实现消振效果。所述阻尼孔的孔径d_h能根据第一腔和第二腔的压差ΔP_h获得，所述第一腔和所述第二腔的压差ΔP_h的具体表达式为：

式中，Q_pv为流体流经阻尼孔的流量，C_d和C_d1为流量系数，C_d在工程上的取值范围一般为0.62-0.63，C_d1为0.82，A为阻尼孔面积，ρ为液体密度，μ_t为液体的动力粘度，L_h为阻尼孔的长度。

所述半球形活塞位于所述壳体的内部，所述半球形活塞将所述壳体的内部分为第一腔和第二腔，所述第一腔位于所述半球形活塞的上端，所述第二腔位于所述半球形活塞的下端，所述压簧位于所述第二腔内，所述压簧的第一端和所述半球形活塞的底端接触，所述压簧的第二端和所述壳体的底端接触，所述压簧的预紧力和流体的额定工作压力相等。

可优选的是，所述半球形活塞的侧壁和所述壳体内壁之间具有溢流间隙，所述盖板的下表面与所述壳体的内壁形成活塞腔。

可优选的是，所述阻尼孔均为通孔，所述阻尼孔的宽窄由阻尼孔的半径决定，所述阻尼孔的位置由曲率圆半径决定，所述阻尼孔的第一端和所述第一腔连接，所述阻尼孔的第二端和所述第二腔连接。

可优选的是，所述第一腔和所述第二腔的压差ΔP_h的大小与所述阻尼孔的长度L_h及阻尼孔的孔径d_h的比值有关系。

可优选的是，所述半球形活塞为刚性元件，并且半球形活塞工作过程中工作温度和工作环境发生变化时粘度值恒定不变。

本发明的第二方面，提供一种利用前述单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器的消振方法，其具体操作步骤如下：

S1、根据实际工作情况，对衰减器中半球形活塞上的阻尼孔进行设计，当半球形活塞5上有n个阻尼孔时，第一腔和第二腔的压差ΔP_h与油液流经阻尼孔的流量Q_pv的关系为：

式中，L_he为等效活塞孔的长度；

将衰减器其它确定好的参数代入上式，通过改变阻尼孔的个数，其他条件不变，能得出最佳阻尼孔的个数；

S2、将衰减器沿着集成式样机的内壁径向并排分布，衰减器在沿样机内壁径向布置的个数及位置能由具体的消振要求确定；

S3、在AMESim软件(多学科领域复杂系统建模仿真平台)的草图模式下进行模型的搭建，在子模型模式下选择合适的元件子模型，在参数模式下设置各个器件的结构参数，将可调参数设置为全局变量；

S4、将信号源和电机的输入端连接，将电机的输出端和定量泵的第一输入端连接，高压槽和定量泵的第二输入端连接，将衰减器的第一腔通过第一通孔和定量泵的输出端连接，将衰减器的第二腔通过第二通孔和节流阀的输入端连接，节流阀的输出端和低压槽连接，并设定定量泵的额定排量、液压系统的额定压力和液压系统内液体的流体属性；

S5、给定步骤S4中信号源一正弦信号，并设定所述正弦信号的频率、幅值和振幅，设定节流阀的特征流量以及高压槽和低压槽之间的相应压降；

S6、液压系统中的流体通过盖板上的第一通孔流入第一腔，第一部分流体的能量耗散掉，第二部分流体的动能转化为半球形活塞的机械能；

S7、到达第一腔的流体对半球形活塞产生一个力的反馈信号，到达第一腔的流体的机械能转化为半球形活塞的动能，推动半球形活塞压着压簧进行运动，半球形活塞动能转化为压簧机械能，如此循环，实现能量的转化和耗散；

S8、第一腔的流体通过由第一腔和第二腔的压差ΔP_h设计的阻尼孔后，进入壳体的第二腔，最后从壳体的第二通孔流出；

S9、通过步骤S6至S8的反复运动，抑制了流体的压力脉动和流量脉动冲击，有效吸收了压力脉动和流量脉动，在一定程度上对流体脉动冲击进行消振；

S10、设置空白对照模型，即除不含衰减器外其它器件的连接关系和步骤S4一致，初始实验条件和步骤S5一致，最后对两组模型的系统压力响应曲线及仿真结果进行分析。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

本发明具有结构简单，加工制造方便，成本低的特点，相比普通的单谐振式脉动衰减器，除了可以实现对一定频率范围内的流体脉动实现明显的抑制与消除，并且该发明相比现有的活塞头，半球形活塞头可以缓冲更多的脉动冲击，以及半球形活塞头中分布的阻尼孔，可以引起系统的沿程压力损失，由于该发明结构简单，所以较其他的流体脉动衰减器更安全可靠。综合这些优点，该发明可以有效提高对流体的压力脉动和流量脉动抑制的能力，提高了消除流量脉动的响应速度以及频宽，对液压管路有着较好的消振效果。

附图说明

图1为本发明单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法的二维模型结构图；

图2为本发明单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法的工作原理图；

图3为本发明单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法中油液的流动方向图；

图4为本发明单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法第一具体实施例中液压系统的系统工作压力响应曲线示意图；

图5为本发明单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法第二具体实施例中液压系统的系统工作压力响应曲线示意图；

图6为本发明单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法的仿真模型图。

主要附图标记：

第一通孔1，盖板2，壳体3，第一腔4，半球形活塞5，阻尼孔6，压簧7，第二腔8，第二通孔9，节流阀10，低压槽11，信号源12，电机13，高压槽14，定量泵15，流体属性16。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，如图1所示，其包括第一通孔1、盖板2、壳体3、第一腔4、半球形活塞5、阻尼孔6、压簧7、第二腔8和第二通孔9。

壳体3的上端设有开口，开口处设置有与壳体3密封固定配合的盖板2，壳体3底端的中心设有第二通孔9，盖板2的中心设有与第一腔4连接的第一通孔1，半球形活塞5的顶端为曲面，阻尼孔6的圆心位置位于以半球形活塞5的中心为圆心、以一定的曲率为半径的一曲率圆上，半球形活塞5不会因流量压力脉动引起系统产生多余的流量压力脉动冲击，阻尼孔6能耗散更多的流量压力脉动冲击的能量，从而削弱流体中出现的流量压力脉动冲击，实现消振效果。

壳体3内具有活塞腔，半球形活塞5位于壳体3的内部，半球形活塞5将壳体3的内部分为第一腔4和第二腔8，第一腔4位于半球形活塞5的上端，第二腔8位于半球形活塞5的下端，第二腔8内设置有顶推半球形活塞5的压簧7，压簧7的第一端和半球形活塞5的底端接触，压簧5的第二端和壳体3的底端接触，压簧7的预紧力和流体的额定工作压力相等。

如图2所示，Q₁和Q₂分别为流入第一腔4和流出第二腔8的流量，V₁和V₂分别为第一腔4和第二腔8的初始体积，P₁和P₂分别为第一腔4和第二腔8的压强，Q_pv为流过阻尼孔6的流量,A₁为第一腔4中半球形活塞5的表面积，A₂为第二腔8中半球形活塞5的表面积。

如图3所示，阻尼孔6的孔径d_h能根据第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h获得，第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h的具体表达式为：

式中，Q_pv为流体流经阻尼孔6的流量，C_d和C_d1为流量系数，C_d在工程上的取值范围一般为0.62-0.63，C_d1为0.82，A为阻尼孔6的面积，ρ为液体的密度，μ_t为液体的动力粘度，L_h为阻尼孔的长度。

具体而言，半球形活塞5的侧壁和壳体3内壁之间具有溢流间隙，盖板2的下表面与壳体3的内壁形成活塞腔。

如图3所示，阻尼孔6在半球形活塞5上以通孔的形式存在，阻尼孔6的宽窄由阻尼孔6的半径决定，阻尼孔6的位置由曲率圆半径决定，阻尼孔6的第一端和第一腔4连接，阻尼孔6的第二端和第二腔8连接。进入第一腔4的流体进入到半球形活塞5的阻尼孔6内，由于阻尼孔6的流道阻尼力增加，使流体的急剧变化通过阻尼孔6平缓下来，从而削减流体压力流量脉动冲击，使液压系统局部压力损失，从而降低液压系统中流体压力流量脉动的峰值。合理设计阻尼孔6的大小及位置分布对该发明衰减效果有一定的影响，可以有效的吸收液压系统中的压力脉动和流量脉动冲击。

第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h的大小与阻尼孔6的长度L_h及阻尼孔6的孔径d_h的比值有关系。

依据本发明衰减器的结构，选择AMESim机械元件库、标准液压库、液压元件设计库和信号库里的基础元件在草图模式下搭建了一种单谐振式流体脉动衰减器的AMESim模型，其模型图如图6所示。其中，流体属性16，指定了部件流动工质的属性，包括液体密度、体积模量和粘度等；定量泵15，其压力变化由信号源12确定，表示定量泵15后质量谐振单元的上游压力；节流阀10的开度由其工作参数决定，表示活塞腔内的节流孔；信号源12，其取值为0到1，表示与其相连的部件参数最大值的百分比，在建模中，只考虑半球形活塞5上的常通节流孔，活塞缝隙造成的压力变化，不考虑其他因素产生的压力损失。

在一些应用场景中,液压系统的高压化、大流量化及小型化要求降低压力脉动和流量脉动。而常用的脉动衰减器由于占用空间大，连接部位易出现疲劳失效,衰减频率范围较窄，而不适用于一些新的应用场景。尤其是当液压系统因为液压泵启动停止、阀门瞬时启闭，会出现比较大的流量压力脉动，针对液压系统中出现较大的流量压力脉动，将本发明安装于液压系统阀前管路系统中，使其达到削减压力流量脉动能力以此实现消振目的，其具体实施步骤为：

S1、根据实际工作情况，对衰减器中半球形活塞5上的阻尼孔6进行设计，当半球形活塞5上有n个阻尼孔6时，第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h与油液流经阻尼孔6的流量Q_pv的关系为：

式中，L_he为等效活塞孔的长度。

将衰减器其它确定好的参数代入上式，通过改变阻尼孔6的个数，其他条件不变，能得出最佳阻尼孔6的个数。

S2、将衰减器沿着集成式样机的内壁径向并排分布，衰减器在沿样机内壁径向布置的个数及位置能由具体的消振要求确定。

S3、在AMESim软件(多学科领域复杂系统建模仿真平台)的草图模式下进行模型的搭建，在子模型模式下选择合适的元件子模型，在参数模式下设置各个器件的结构参数，将可调参数设置为全局变量，设为全局变量的目的是批处理运行后，分别改变定量泵15的出口压力、活塞腔后节流口直径、阻尼孔6的尺寸及阻尼孔6的个数对单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器进行仿真分析；

S4、将信号源12和电机13的输入端连接，将电机13的输出端和定量泵15的第一输入端连接，高压槽14和定量泵15的第二输入端连接，将衰减器的第一腔4通过第一通孔1和定量泵15的输出端连接，将衰减器的第二腔8通过第二通孔9和节流阀10的输入端连接，节流阀10的输出端和低压槽11连接，并设定定量泵15的额定排量、液压系统的额定压力和液压系统内液体的流体属性16。

S5、给定步骤S4中信号源12一正弦信号，并设定正弦信号的频率、幅值和振幅，设定节流阀10的特征流量以及高压槽14和低压槽11之间的相应压降。

S6、液压系统中的流体通过盖板2上的第一通孔1流入第一腔4，第一部分流体的能量耗散掉，第二部分流体的动能转化为半球形活塞5的机械能。

S7、到达第一腔4的流体对半球形活塞5产生一个力的反馈信号，即压力脉动和流量脉动将使半球形活塞5的运动转化为一个力的输出，到达第一腔4的流体的机械能转化为半球形活塞5的动能，推动半球形活塞5压着压簧7进行运动，通过半球形活塞5使压簧7压缩实现一个能量的转化，即半球形活塞5的动能转化为压簧7的机械能，如此循环，实现能量的转化和耗散。

S8、第一腔4的流体通过，由第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h设计的阻尼孔6后，进入壳体2的第二腔8，最后从壳体2的第二通孔9流出；流体通过半球形活塞5的阻尼孔6时会引起系统局部压力损失，能降低系统中压力脉动的峰值。

S9、通过步骤S6至S8的反复运动，抑制了流体的压力脉动和流量脉动冲击，有效吸收了压力脉动和流量脉动，提高了该装置的响应速度以及频宽，在一定程度上对流体脉动冲击进行消振；使得流出单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器的第二通孔9的油液流量更加稳定，对液压管路有着较好的消振效果。

S10、设置空白对照模型，即除不含衰减器外其它器件的连接关系和步骤S4一致，初始实验条件和步骤S5一致，最后对两组模型的系统压力响应曲线及仿真结果进行分析。

在消振方法的具体实施步骤中设置了空白对照模型，即除不含一种单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器外其他都相同的AMESim模型，通过对两组模型仿真的系统压力响应曲线及仿真结果数据分析，可得出含有一种单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器的AMESim模型衰减效果明显。

同时，对于单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器的AMESim模型，通过改变阻尼孔6的尺寸或者阻尼孔6的个数，其他条件不变情况下观察系统压力响应曲线变化情况，并通过分析系统压力响应曲线及仿真结果数据，可以得出阻尼孔6的个数和大小都会存在一个合适的值，使流体脉动衰减器的衰减效果达到最优。

为了保证能够在仿真消振方法中获得半球形活塞5上阻尼孔6的压差ΔPh，也就是阻尼孔6的阻尼力，定义如下假设：

(1)半球形活塞5在工作过程中，工作温度和工作环境会发生变化，粘度值恒定不变；

(2)半球形活塞5为刚性元件，不可变形；

(3)不考虑油液重力所产生的微小阻尼变化。

以下结合实施例对本发明一种单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器及消振方法做进一步描述：

实施例一：

某液压系统的额定压力为10MPa，额定排量为63L/min，要求最后能够消除一定的流量脉动和压力脉动，达到消除流量脉动和压力脉动的效果，本实施例中液压管路的内径为24mm，单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器壳体的第一通孔1的直径将随着液压管路的内径在实际安装中的实际情况的变化而变化。

通过建模与仿真平台软件AMESim搭建单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器模型，以及仿真该模型对流体脉动的衰减效果。为了验证搭建的本发明衰减器模型是否达到了吸收一定频率的压力脉动的效果，将半球形活塞5的质量、阻尼孔6的尺寸、阻尼孔6的个数以及压簧7的刚度设置为可调的。

具体的实施过程如下：

S1、根据实际工作情况，对衰减器中半球形活塞5上的阻尼孔6进行设计，设定衰减器的第一通孔1直径为20mm，第二通孔9直径为8mm，半球形活塞5的直径为50mm、质量为45g，半球形活塞5上的阻尼孔6为圆形阻尼孔，通径为6mm、平均孔深为20mm，在本实施例中圆形阻尼孔6的个数为4，压簧7的刚度为250000N/m。

S2、将衰减器沿着集成式样机的内壁径向并排分布，衰减器在沿样机内壁径向布置的个数及位置可由具体的消振要求确定。

S3、在AMESim软件(多学科领域复杂系统建模仿真平台)的草图模式下进行模型的搭建，在子模型模式下选择合适的元件子模型，在参数模式下设置各个器件的结构参数，将可调参数设置为全局变量；

S4、将信号源12和电机13的输入端连接，将电机13的输出端和定量泵15的第一输入端连接，高压槽14和定量泵15的第二输入端连接，将衰减器的第一腔4通过第一通孔1和定量泵15的输出端连接，将衰减器的第二腔8通过第二通孔9和节流阀10的输入端连接，节流阀10的输出端和低压槽11连接，并设定定量泵15的额定排量为63L/min、液压系统的额定压力为10MPa和液压系统内液体的流体属性16。

S5、给定步骤S4中信号源12一正弦信号，信号的频率为243Hz、幅值为1000、正弦波振幅为20，设定节流阀10的特征流量为63L/min以及高压槽14和低压槽11之间的相应压降为10MPa。

S6、液压系统中的流体通过盖板2上的第一通孔1流入第一腔4，第一部分流体的能量耗散掉，第二部分流体的动能转化为半球形活塞5的机械能。

S7、到达第一腔4的流体对半球形活塞5产生一个力的反馈信号，即压力脉动和流量脉动将使半球形活塞5的运动转化为一个力的输出，到达第一腔4的流体的机械能转化为半球形活塞5的动能，推动半球形活塞5压着压簧7进行运动，通过半球形活塞5使压簧7压缩实现一个能量的转化，即半球形活塞5的动能转化为压簧7的机械能，如此循环，实现能量的转化和耗散。

S8、第一腔4的流体通过，由第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h设计的阻尼孔6后，进入壳体2的第二腔8，最后从壳体2的第二通孔9流出。

S9、通过步骤S6至S8的反复运动，抑制了流体的压力脉动和流量脉动冲击，有效吸收了压力脉动和流量脉动，提高了该装置的响应速度以及频宽，在一定程度上对流体脉动冲击进行消振。

S10、设置空白对照模型，即除不含衰减器外其它器件的连接关系和步骤S3一致，初始实验条件和步骤S4一致，最后对两组模型的系统压力响应曲线及仿真结果进行分析。

根据上述消振方法，得出液压系统的工作压力响应曲线如图4所示，对比系统工作压力响应曲线，本发明衰减器的系统工作压力响应速度最快，在仿真回路里对流体的流量脉动、压力脉动的抑制效果最明显。

实施例二：

某液压系统的额定压力为10MPa，额定排量为63L/min，要求最后能够消除一定的流量脉动和压力脉动，达到消除流量脉动和压力脉动的效果，本实施例中液压管路的内径为24mm，单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器壳体的第一通孔1的直径将随着液压管路的内径在实际安装中的实际情况的变化而变化。

通过建模与仿真平台软件AMESim搭建单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器模型，以及仿真该模型对流体脉动的衰减效果。为了验证搭建的本发明衰减器模型是否达到了吸收一定频率的压力脉动的效果，将半球形活塞5的质量、阻尼孔6的尺寸、阻尼孔6的个数以及压簧7的刚度设置为可调的。

具体的实施过程如下：

S1、根据实际工作情况，对衰减器中半球形活塞5上的阻尼孔6进行设计，设定衰减器的第一通孔1直径为20mm、第二通孔9直径为8mm、半球形活塞5的直径为50mm、质量为45g，在本次实施例中圆形阻尼孔6的个数为4，其中仅有3个阻尼孔6均匀分布着，通径为6mm，孔深为20mm，剩余一个阻尼孔6的通径为6mm，孔深25mm，压簧7的刚度为250000N/m。

S2、将衰减器沿着集成式样机的内壁径向并排分布，衰减器在沿样机内壁径向布置的个数及位置可由具体的消振要求确定。

S3、在AMESim软件(多学科领域复杂系统建模仿真平台)的草图模式下进行模型的搭建，在子模型模式下选择合适的元件子模型，在参数模式下设置各个器件的结构参数，将可调参数设置为全局变量；

S4、将信号源12和电机13的输入端连接，将电机13的输出端和定量泵15的第一输入端连接，高压槽14和定量泵15的第二输入端连接，将衰减器的第一腔4通过第一通孔1和定量泵15的输出端连接，将衰减器的第二腔8通过第二通孔9和节流阀10的输入端连接，节流阀10的输出端和低压槽11连接，并设定定量泵15的额定排量为63L/min、液压系统的额定压力为10MPa和液压系统内液体的流体属性16。

S5、给定步骤S4中信号源12一正弦信号，信号的频率为243Hz、幅值为1000、正弦波振幅为20，设定节流阀10的特征流量为63L/min以及高压槽14和低压槽11之间的相应压降为10MPa。

S6、液压系统中的流体通过盖板2上的第一通孔1流入第一腔4，第一部分流体的能量耗散掉，第二部分流体的动能转化为半球形活塞5的机械能。

S7、到达第一腔4的流体对半球形活塞5产生一个力的反馈信号，即压力脉动和流量脉动将使半球形活塞5的运动转化为一个力的输出，到达第一腔4的流体的机械能转化为半球形活塞5的动能，推动半球形活塞5压着压簧7进行运动，通过半球形活塞5使压簧7压缩实现一个能量的转化，即半球形活塞5的动能转化为压簧7的机械能，如此循环，实现能量的转化和耗散。

S8、第一腔4的流体通过，由第一腔4和第二腔8的压差ΔP_h设计的阻尼孔6后，进入壳体2的第二腔8，最后从壳体2的第二通孔9流出。

S9、通过步骤S6至S8的反复运动，抑制了流体的压力脉动和流量脉动冲击，有效吸收了压力脉动和流量脉动，提高了该装置的响应速度以及频宽，在一定程度上对流体脉动冲击进行消振。

S10、设置空白对照模型，即除不含衰减器外其它器件的连接关系和步骤S3一致，初始实验条件和步骤S4一致，最后对两组模型的系统压力响应曲线及仿真结果进行分析。

根据上述消振方法，得出系统工作压力响应曲线如图5所示，对比系统工作压力响应曲线，本发明在仿真回路里起到了对流量脉动、压力脉动的抑制。实例二与实例一比较，无论衰减器中半球形活塞5上阻尼孔6的位置是否均匀分布，均可对流体的压力脉动和流量脉动进行抑制，有效吸收了压力脉动和流量脉动，提高了该装置的响应速度以及频宽，对液压管路有着较好的消振效果。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其包括第一通孔、盖板、壳体、第一腔、半球形活塞、阻尼孔、压簧、第二腔和第二通孔，其特征在于，

所述壳体的上端设有开口，所述开口处设置有与所述壳体密封固定配合的盖板，所述壳体底端的中心设有第二通孔，所述盖板的中心设有第一通孔，所述半球形活塞的顶端为曲面，所述阻尼孔的圆心位置位于以半球形活塞的中心为圆心，以一定的曲率为半径的一曲率圆上，所述半球形活塞不会因流量压力脉动引起系统产生多余的流量压力脉动冲击，所述阻尼孔能耗散更多的流量压力脉动冲击的能量，从而削弱流体中出现的流量压力脉动冲击，实现消振效果；

所述阻尼孔的孔径d_h根据第一腔和第二腔的压差ΔP_h获得，所述第一腔和所述第二腔的压差ΔP_h的具体表达式为：

式中，Q_pv为流体流经阻尼孔的流量，C_d和C_d1为流量系数，C_d在工程上的取值范围一般为0.62-0.63，C_d1为0.82，A为阻尼孔面积，ρ为液体密度，μ_t为液体的动力粘度，L_h为阻尼孔的长度；

所述半球形活塞位于所述壳体的内部，所述半球形活塞将所述壳体的内部分为第一腔和第二腔，所述第一腔位于所述半球形活塞的上端，所述第二腔位于所述半球形活塞的下端，所述压簧位于所述第二腔内，所述压簧的第一端和所述半球形活塞的底端接触，所述压簧的第二端和所述壳体的底端接触，所述压簧的预紧力和流体的额定工作压力相等。

2.根据权利要求1所述的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其特征在于，所述半球形活塞的侧壁和所述壳体内壁之间具有溢流间隙，所述盖板的下表面与所述壳体的内壁形成活塞腔。

3.根据权利要求1所述的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其特征在于，所述阻尼孔均为通孔，所述阻尼孔的宽窄由阻尼孔的半径决定，所述阻尼孔的位置由曲率圆半径决定，所述阻尼孔的第一端和所述第一腔连接，所述阻尼孔的第二端和所述第二腔连接。

4.根据权利要求1所述的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其特征在于，所述第一腔和所述第二腔的压差ΔP_h的大小与所述阻尼孔的长度L_h及阻尼孔的孔径d_h的比值有关系。

5.根据权利要求1所述的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器，其特征在于，所述半球形活塞为刚性元件，并且半球形活塞工作过程中工作温度和工作环境发生变化时粘度值恒定不变。

6.一种根据权利要求1-5之一所述的单谐振式半球形多孔流体脉动衰减器的消振方法，其特征在于，所述消振方法的具体实施步骤为：

S1、根据实际工作情况，对衰减器中半球形活塞上的阻尼孔进行设计，当半球形活塞上有n个阻尼孔时，第一腔和第二腔的压差ΔP_h与油液流经阻尼孔的流量Q_pv的关系为：

式中，L_he为等效活塞孔的长度；

将衰减器其它确定好的参数代入上式，通过改变阻尼孔的个数，其他条件不变，能得出最佳阻尼孔的个数；

S2、将衰减器沿着集成式样机的内壁径向并排分布，衰减器在沿样机内壁径向布置的个数及位置能由具体的消振要求确定；

S3、在AMESim软件的草图模式下进行模型的搭建，在子模型模式下选择合适的元件子模型，在参数模式下设置各个器件的结构参数，将可调参数设置为全局变量；

S4、将信号源和电机的输入端连接，将电机的输出端和定量泵的第一输入端连接，高压槽和定量泵的第二输入端连接，将衰减器的第一腔通过第一通孔和定量泵的输出端连接，将衰减器的第二腔通过第二通孔和节流阀的输入端连接，节流阀的输出端和低压槽连接，并设定定量泵的额定排量、液压系统的额定压力和液压系统内液体的流体属性；

S5、给定步骤S4中信号源一正弦信号，并设定所述正弦信号的频率、幅值和振幅，设定节流阀的特征流量以及高压槽和低压槽之间的相应压降；

S6、液压系统中的流体通过盖板上的第一通孔流入第一腔，第一部分流体的能量耗散掉，第二部分流体的动能转化为半球形活塞的机械能；

S7、到达第一腔的流体对半球形活塞产生一个力的反馈信号，到达第一腔的流体的机械能转化为半球形活塞的动能，推动半球形活塞压着压簧进行运动，半球形活塞动能转化为压簧机械能，如此循环，实现能量的转化和耗散；

S8、第一腔的流体通过由第一腔和第二腔的压差ΔPh设计的阻尼孔后，进入壳体的第二腔，最后从壳体的第二通孔流出；

S9、通过步骤S6至S8的反复运动，抑制了流体的压力脉动和流量脉动冲击，有效吸收了压力脉动和流量脉动，在一定程度上对流体脉动冲击进行消振；

S10、设置空白对照模型，即除不含衰减器外其它器件的连接关系和步骤S4一致，初始实验条件和步骤S5一致，最后对两组模型的系统压力响应曲线及仿真结果进行分析。

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