CN211343839U - 一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器，包括比例电磁铁、频率调节端盖、亥姆霍兹容腔、壳体、频率调节阻尼器、压电俘能组件、频率控制单元、电容、俘能控制单元等。壳体两侧有进出口，中间为主通道；主通道的上方有亥姆霍兹阻尼孔，可通过频率调节阻尼器进行调节，并与亥姆霍兹容腔相连；主通道的下方与压电俘能进口和压电俘能组件相连，生成的电能经导线连接于频率控制单元上，并储存于电容中，进而通过俘能控制单元对比例电磁铁进行供电。本实用新型将压力脉动进行回收变为电能，用于驱动比例电磁铁，进而对亥姆霍兹阻尼孔直径进行调节，以寻求压力脉动的最大化衰减，可应用于水下航行器、航空航天等场合的低电功耗元件驱动中。

Description

一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器

技术领域

本实用新型涉及压力脉动衰减器，具体涉及一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器。

背景技术

流量脉动是液压泵的固有属性，当流体遇到阀口、弯头等负载时，会产生压力脉动。压力脉动一方面会引起管路振动，另一方面会激发管路产生流体噪声，严重影响液压系统的工作质量和使用寿命。亥姆霍兹衰减器是常用的共振式抗性压力脉动衰减器，该衰减具有较强的频率选择性，针对300Hz以上的中高频压力脉动衰减效果较好，且针对某一固定频率具有最优衰减效果，而实际液压系统管路中的压力脉动呈现宽频特性，即低、中、高频同时存在，因此，亟需设计宽频压力脉动衰减器。

改变亥姆霍兹衰减器阻尼孔的直径可以调节其脉动衰减频率，但是该过程的调节往往需要结合其它液压元件(如比例阀、伺服阀、节流阀等)，而这些调节元件需要额外的驱动实现，如比例阀和伺服阀需采用外界电压驱动，节流阀需采用手动驱动。近年来，随着新能源的发展和节能要求的提高，流致振动逐渐成为了一种重要的能量来源，流致振动压电俘能技术也得以广泛研究。其中，采用压电材料的压电式俘能技术是目前国内外能量收集技术研究的热点，该技术是利用压电材料在阻流过程中产生变形导致的电压变化来汲取能量的，具有结构简单、无电磁干扰、无污染、不发热和易于小型化集成化等优点。如能将压力脉动俘获，产生电能，并用于压力脉动频率调节驱动，则具有重要的现实意义。

实用新型内容

针对液压系统中的压力脉动，结合亥姆霍兹衰减器特点，将压电材料内置于液压系统管路系统中，在脉动压力的激励下，压电材料将发生形变并产生电能，然后利用该电能驱动比例电磁铁，用于调节频率调节阻尼器的阻尼孔直径，以寻求最优压力脉动衰减工作点。

一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器包括比例电磁铁、推杆、频率调节端盖、亥姆霍兹容腔、壳体、频率调节阻尼器、O型圈、弹簧、下端盖、压电俘能组件、频率控制单元、电容、俘能控制单元等。壳体两侧有进口和出口，开有盲孔，中间为主通道，通过螺栓与管路系统进行连接。主通道的上方有亥姆霍兹阻尼孔，并与亥姆霍兹容腔相连，亥姆霍兹容腔与壳体采用焊接、螺纹、螺栓等方式进行连接，亥姆霍兹阻尼孔的大小可通过频率调节阻尼器进行调节，且二者的轴线方向垂直；主通道的下方与压电俘能进口相连，用于连接压电俘能组件，进行回收压力脉动能量，将其转化为电能，并为频率调节阻尼器的调节提供电能。

进一步的，所述频率调节阻尼器的左右两侧通过比例电磁铁推动推杆进行运动控制，二者中间有弹簧进行定位，且左右两弹簧初始时处于压缩状态，二者的刚度与压缩量均相同。所述弹簧一侧与频率调节阻尼器中的弹簧定位口接触，另一侧与频率调节端盖接触，频率调节端盖上有沉头槽，用于定位导向锁紧螺钉和弹簧垫圈，二者可将频率调节端盖固定于壳体上，并依靠O型圈进行密封；比例电磁铁通过内六角螺钉与频率调节端盖相连，且依靠O型圈进行端面密封。频率调节阻尼器的两侧端面为圆形弹簧定位口，用于导向弹簧，中间有圆形和三角槽组合形式的频率调节控制口，推杆左右移动时，三角槽的变化的面积要小于圆形变化的面积。频率调节阻尼器的四周有均压槽，保证在调节频率过程中液体可进入到均压槽中，使其与壳体上的安装孔保持同轴，从而减小摩擦力。

进一步的，所述压电俘能组件包括碟簧、导向活塞、斯特密封圈和压电陶瓷。碟簧初始时处于压缩状态，使导向活塞和压电陶瓷均紧贴在下端盖的止口上，下端盖通过内六角螺钉连接于壳体上。导向活塞上有圆环形沟槽，用于安置斯特密封圈。压电陶瓷轴向方向可采用多片压电陶瓷叠放的形式，在周向可设置多组，用于加大电能生成量，具体的安装布局与比例电磁铁所需功率及壳体尺寸有关。

更进一步的，所述压电陶瓷生成的电能经导线连接于频率控制单元上，并将电能储存于电容中，电容与俘能控制单元相连，用于比例电磁铁的供电。频率控制单元、电容和俘能控制单元在壳体的左右两侧各有1个。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型将液压系统中的压力脉动能量采用压电俘能技术进行回收，变为电能，用于驱动比例电磁铁，实现液压系统无电驱动低电功耗元件。

(2)亥姆霍兹衰减器的阻尼孔直径通过调节比例电磁铁输入电信号大小进行改变，并可根据压力脉动特点进行反馈调节，实现对压力脉动的最大化程度衰减。

(3)结构集成度高，可应用于水下航行器、航空航天等供电紧张场合中的压力脉动衰减。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的A-A方向的剖视图；

图3是频率调节阻尼器的结构示意图；

图4是压电俘能组件的结构示意图；

图5是衰减器工作示意图；

上述图中标识为：1、比例电磁铁；2、内六角螺钉；3、推杆；4、频率调节端盖；5、亥姆霍兹容腔；6、壳体；7、锁紧螺钉；8、弹簧垫圈；9、频率调节阻尼器；10、O型圈；11、弹簧；12、频率控制单元；13、电容；14、俘能控制单元；15、下端盖；16、压电俘能组件；6.1、压电俘能进口；6.2、进口；6.3、出口；6.4、亥姆霍兹阻尼孔；6.5、主通道；9.1、弹簧定位口；9.2、均压槽；9.3、频率调节控制口；16.1、碟簧；16.2、导向活塞；16.3、斯特密封圈；16.4、压电陶瓷。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

图1和图2是本实用新型的一种实施例，包括比例电磁铁1、内六角螺钉2、推杆3、频率调节端盖4、亥姆霍兹容腔5、壳体6、锁紧螺钉7、弹簧垫圈8、频率调节阻尼器9、O型圈10、弹簧11、频率控制单元12、电容13、俘能控制单元14、下端盖15、压电俘能组件16。壳体6的两侧有进口6.2和出口6.3，且开有盲孔，中间为主通道6.5，通过螺栓与管路系统进行连接。主通道6.5的上方有亥姆霍兹阻尼孔6.4，并与亥姆霍兹容腔5相连，该容腔容积按照实际工况进行设计，与壳体6可采用焊接、螺纹、螺栓等方式进行连接，亥姆霍兹阻尼孔6.4的大小可通过频率调节阻尼器9进行调节，且二者的轴线方向垂直；主通道6.5的下方与压电俘能进口6.1相连，用于连接压电俘能组件12，进行回收压力脉动能量，将其转化为电能，并为频率调节阻尼器9的调节提供电能。

所述频率调节阻尼器9的左右两侧通过比例电磁铁1推动推杆3进行运动控制，二者中间有弹簧11进行定位，且左右两弹簧11初始时处于压缩状态，刚度与压缩量均相同，从而保证未工作状态时频率调节阻尼器9处于壳体6的中间位置，此时亥姆霍兹阻尼孔6.4的开度最大。所述弹簧11一侧与频率调节阻尼器9中的弹簧定位口9.1接触，另一侧与频率调节端盖4接触，频率调节端盖4上有沉头槽，用于定位导向锁紧螺钉7和弹簧垫圈8，二者可将频率调节端盖4固定于壳体6上，并依靠O型圈10进行密封；比例电磁铁1通过内六角螺钉2与频率调节端盖4相连，且依靠O型圈10进行端面密封。如图3所示，频率调节阻尼器9的两侧端面为圆形弹簧定位口9.1，用于导向弹簧11，中间有圆形和三角槽组合形式的频率调节控制口9.3，推杆3左右移动时，三角槽的变化的面积要小于圆形变化的面积，一方面可时亥姆霍兹阻尼孔6.4的大小可由大到小进行变化，另一方面保证亥姆霍兹阻尼孔6.4由大变小时，能够呈现渐变趋势，而不是瞬间变化很大，从而减小液体进入亥姆霍兹容腔5时的压力冲击。频率调节阻尼器9的四周有均压槽9.2，保证在调节频率过程中液体可进入到均压槽9.2中，使其与壳体6上的安装孔保持同轴，从而减小频率调节阻尼器9与安装孔的摩擦力。

所述压电俘能组件16如图4所示，包括碟簧16.1、导向活塞16.2、斯特密封圈16.3和压电陶瓷16.4。碟簧16.1初始时处于压缩状态，使导向活塞16.2和压电陶瓷16.4均紧贴在下端盖15的止口上，下端盖15通过内六角螺钉连接于壳体6上。导向活塞16.2上有圆环形沟槽，用于安置斯特密封圈16.3，一方面可防止壳体6中的液体流出，另一方面起到减小摩擦力的作用。压电陶瓷16.4轴向方向可采用多片压电陶瓷叠放的形式，在周向可设置多组，用于加大电能生成量，具体的安装布局与比例电磁铁1所需功率及壳体尺寸等有关。

所述压电陶瓷16.4生成的电能经导线连接于频率控制单元12上，并将电能储存于电容13中，电容13与俘能控制单元14相连，用于比例电磁铁1的供电。频率控制单元12、电容13和俘能控制单元14在壳体的左右两侧各有1个。

液体由衰减器的进口6.2进入后，大部分液体通过主通道6.5流入出口6.3；一部分液体可通过亥姆霍兹阻尼孔6.4流入亥姆霍兹衰减器，由于亥姆霍兹衰减器的抗性衰减作用，压力脉动得以衰减，但并不会完全消除；此时，未衰减的部分脉动流体则会由压力俘能进口6.1进入压电俘能组件16，在压力脉动的作用下，导向活塞16.2会进行上下往复运动，从而驱动压电陶瓷16.4产生轴向形变，并产生电能。

初始时，亥姆霍兹阻尼孔6.4开口最大，并不一定处于最佳衰减作用点，比例电磁铁1并未得电，两推杆3均无法移动。但此时压电俘能组件16开始生成电能，并通过俘能控制单元14中整流、放大等处理过程，储存于两电容13中。通过压力传感器检测压力信号，并在频率控制单元12控制输入到一只(如右侧)比例电磁铁1中的电流大小，进而控制推杆3的位置，改变亥姆霍兹阻尼孔6.4的大小，达到最佳衰减点，此过程中右侧电容处于放电状态，而左侧电容可继续充电，左侧比例电磁铁则通过频率控制单元使其处于不工作状态，该过程如图5所示。若右侧电容电能不足时，则可使右侧比例电磁铁失电，右侧电容充电，而左侧比例电磁铁处于得电，左侧电容处于放电状态。如此不断反复，电能不停生成，充于某一电容中，而另外一只电容在放电，给比例电磁铁供电，这样可保证电能充足，实现任意时刻均可调节亥姆霍兹衰减器阻尼孔大小，达到压力脉动最优衰减的目的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器，其特征在于：包括比例电磁铁、推杆、频率调节端盖、亥姆霍兹容腔、壳体、频率调节阻尼器、O型圈、弹簧、下端盖、压电俘能组件、频率控制单元、电容、俘能控制单元；壳体两侧有进口和出口，开有盲孔，中间为主通道，通过螺栓与管路系统进行连接；主通道的上方有亥姆霍兹阻尼孔，并与亥姆霍兹容腔相连，亥姆霍兹容腔与壳体采用焊接、螺纹、螺栓方式进行连接，亥姆霍兹阻尼孔的大小可通过频率调节阻尼器进行调节，且二者的轴线方向垂直；主通道的下方与压电俘能进口相连，用于连接压电俘能组件。

2.根据权利要求1所述的一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器，其特征在于：所述亥姆霍兹衰减器的左右两侧通过比例电磁铁推动推杆进行运动控制，二者中间有弹簧进行定位，且左右两弹簧初始时处于压缩状态，刚度与压缩量相同；亥姆霍兹衰减器的两侧端面为圆形弹簧定位口，用于导向弹簧，中间有圆形和三角槽组合形式的频率调节控制口，推杆左右移动时，三角槽的变化的面积要小于圆形变化的面积；亥姆霍兹衰减器的四周有均压槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器，其特征在于：所述弹簧一侧与亥姆霍兹衰减器中的弹簧定位口接触，另一侧与频率调节端盖接触，频率调节端盖上有沉头槽，用于定位导向锁紧螺钉和弹簧垫圈，二者可将频率调节端盖固定于壳体上，并依靠O型圈进行密封；比例电磁铁通过内六角螺钉与频率调节端盖相连，且依靠O型圈进行端面密封。

4.根据权利要求1所述的一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器，其特征在于：所述压电俘能组件包括碟簧、导向活塞、斯特密封圈和压电陶瓷；碟簧初始时处于压缩状态，使导向活塞和压电陶瓷均紧贴在下端盖的止口上，下端盖通过内六角螺钉连接于壳体上；导向活塞上有圆环形沟槽，用于安置斯特密封圈；压电陶瓷轴向方向可采用多片压电陶瓷叠放的形式，在周向可设置多组，用于加大电能生成量，具体的安装布局与比例电磁铁所需功率及壳体尺寸有关。

5.根据权利要求4所述的一种无电驱动频率可调压力脉动衰减器，其特征在于：所述压电陶瓷生成的电能经导线连接于频率控制单元上，并将电能储存于电容中，电容与俘能控制单元相连，用于比例电磁铁的供电；频率控制单元、电容和俘能控制单元在壳体的左右两侧各有1个。

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