本發(fā)明涉及一種壓力脈動衰減器，尤其是涉及一種復(fù)合式液壓系統(tǒng)廣譜流體壓力脈動衰減器。

背景技術(shù)：

在液壓系統(tǒng)的實際工況中，從液壓泵出口輸出的壓力和流量就并非是絕對穩(wěn)定的，并且由于液壓泵的容積變化、元件缺陷等原因，液壓泵出口總會以一定的振蕩輸出壓力流體，液壓系統(tǒng)中的壓力脈動必然會導(dǎo)致流量脈動。壓力脈動和流量脈動耦合作用給液壓系統(tǒng)帶來了難以避免的危害：耦合脈動會引起一些固有頻率與脈動頻率相同的元件發(fā)生共振，這不僅會對這些元件本身造成疲勞損傷，也會引發(fā)系統(tǒng)其他元件的振動；與此同時產(chǎn)生的系統(tǒng)噪音還可能危害到工作人員的身體健康。尤其在需要秘密作業(yè)的工況下，系統(tǒng)的減振降噪工作更是重中之重。

在液壓管路上安裝脈動衰減器可以有效地衰減系統(tǒng)壓力脈動，有助于控制系統(tǒng)的振動和噪聲、提高工作可靠性、延長元件使用壽命等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供了一種復(fù)合式液壓系統(tǒng)廣譜流體壓力脈動衰減器。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明包括殼體、前端蓋、后端蓋、小徑內(nèi)管和大徑內(nèi)管，殼體的兩端安裝有前端蓋和后端蓋，殼體內(nèi)的前端蓋和后端蓋之間固定安裝有小徑內(nèi)管、大徑內(nèi)管和流體衰減組件，大徑內(nèi)管同軸地套在小徑內(nèi)管外，前端蓋和后端蓋端面中心分別開有流體入口和流體出口，小徑內(nèi)管兩端分別與流體入口和流體出口連通；小徑內(nèi)管和大徑內(nèi)管的管壁上均開有阻尼孔。

所述的流體衰減組件包括設(shè)置在小徑內(nèi)管兩端的圓孔篩頭、設(shè)置在小徑內(nèi)管內(nèi)的網(wǎng)罩顆粒組件以及設(shè)置在小徑內(nèi)管和大徑內(nèi)管之間的一個彈性弦筒。

所述的小徑內(nèi)管兩端經(jīng)各自的圓孔篩頭分別與流體入口和流體出口連接，圓孔篩頭為兩端之間密布開有平行通孔的圓柱件，平行通孔使得小徑內(nèi)管與流體入口、流體出口之間連通。

所述的彈性弦筒主要由兩個環(huán)形的壓電陶瓷和連接在兩個壓電陶瓷之間沿環(huán)形圓周均布的多根平行的彈性弦構(gòu)成，相鄰彈性弦之間具有間隙，每根彈性弦兩端經(jīng)壓電陶瓷分別連接到前端蓋、后端蓋的中心端面上。多根平行的彈性弦分布形成內(nèi)圈和外圈，各根彈性弦具有不同直徑。

多個網(wǎng)罩顆粒組件沿軸向間隔填塞在小徑內(nèi)管內(nèi)，所述網(wǎng)罩顆粒組件包括網(wǎng)罩和置于網(wǎng)罩內(nèi)的固體顆粒。小徑內(nèi)管內(nèi)固定有多處網(wǎng)罩顆粒組件，其內(nèi)的固體顆?？捎行А⒋蠓販p小流經(jīng)的壓力流體的脈動振幅。

所述的小徑內(nèi)管和大徑內(nèi)管兩端均分別頂接在前端蓋和后端蓋內(nèi)端的臺階端面上，并與前端蓋和后端蓋臺階軸面通過o型圈密封連接。

所述的小徑內(nèi)管和大徑內(nèi)管上均沿軸向間隔均布開有四對阻尼孔，每對阻尼孔沿徑向?qū)ΨQ布置在內(nèi)管的兩側(cè)。

所述的殼體上下對稱的兩側(cè)分別開有通氣孔和通液孔，通氣孔和通液孔上均通過組合墊分別密封安裝有通氣螺塞、通液螺塞。

本發(fā)明具有赫姆霍茲諧振器的經(jīng)典容腔式結(jié)構(gòu)，兩根內(nèi)管上的阻尼孔同時隔絕出多個共振容腔，增大了相同體積下的減振比；內(nèi)管上的阻尼孔與外腔一起構(gòu)成赫姆霍茲諧振器。阻尼孔將脈動流體的部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，以耗散系統(tǒng)的形式衰減脈動能量。由此形成結(jié)構(gòu)諧振。在液壓管路與小徑內(nèi)管連接處分別安裝圓孔篩頭，將脈動流體中不規(guī)則運(yùn)動、相互混摻、軌跡曲折的流體質(zhì)點引導(dǎo)成規(guī)則運(yùn)動、不相混摻的流體質(zhì)點，從而大大降低傳遞速率，達(dá)到控制、穩(wěn)定流體波動的目的。

小徑內(nèi)管外均布不同直徑的彈性弦，一根弦相當(dāng)于一個質(zhì)量-彈簧共振子系統(tǒng)，子附加系統(tǒng)在共振時產(chǎn)生的反作用力可衰減圧力流體的脈動。一種直徑的彈性弦具有一種固有頻率，可以衰減一種諧振頻率的脈動；多根不同直徑的彈性弦相當(dāng)于多個質(zhì)量-彈簧子系統(tǒng)的串聯(lián)，通過彈性弦的被動振動來實現(xiàn)脈動的衰減。同時在脈動衰減器殼體和彈性弦之間設(shè)置壓電陶瓷，每根彈性弦都與壓電陶瓷相接觸，可以根據(jù)壓力流體的脈動壓力值調(diào)節(jié)壓電陶瓷兩端的電壓值，從而改變彈性弦的振動頻率，通過彈性弦的主動振動來實現(xiàn)脈動的衰減。由此形成結(jié)構(gòu)諧振和流體諧振的組合。

由此本發(fā)明是一個結(jié)構(gòu)諧振和流體諧振兩種諧振式衰減器的組合。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明能以耗散系統(tǒng)和流體質(zhì)量-彈簧系統(tǒng)組合的形式有效衰減脈動能量，引導(dǎo)流體流動，大大降低傳遞速率來穩(wěn)定控制流體波動，有效且大幅地減小流經(jīng)的壓力流體的脈動振幅，形成了結(jié)構(gòu)諧振和流體諧振兩種諧振式衰減器的組合本發(fā)明將被動衰減法與主動衰減法相結(jié)合，不僅極大地拓寬了脈動衰減的頻帶寬，還實現(xiàn)了本發(fā)明的通用化，可將其應(yīng)用于多種脈動衰減工況下，實現(xiàn)了衰減效果的廣譜化和最大化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明脈動衰減器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.流體入口，2.圓孔篩頭，3.彈性弦，4.阻尼孔，5.組合墊，6.通氣螺塞，7.殼體，8.大徑內(nèi)管，9.o型圈，11.后端蓋，12.拆裝孔，13.流體出口，14.小徑內(nèi)管，15.通液螺塞，16.網(wǎng)罩，17.固體顆粒，18.壓電陶瓷，19.前端蓋。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，本發(fā)明包括殼體7、前端蓋19、后端蓋11、小徑內(nèi)管14和大徑內(nèi)管8，殼體7的兩端安裝有前端蓋19和后端蓋11，殼體7內(nèi)的前端蓋19和后端蓋11之間固定安裝有小徑內(nèi)管14、大徑內(nèi)管8和流體衰減組件，大徑內(nèi)管8同軸地套在小徑內(nèi)管14外，前端蓋19和后端蓋11端面中心分別開有流體入口1和流體出口13，小徑內(nèi)管14兩端分別與流體入口1和流體出口13連通；小徑內(nèi)管14和大徑內(nèi)管8的管壁上均開有阻尼孔4。

小徑內(nèi)管14和大徑內(nèi)管8兩端均分別頂接在前端蓋19和后端蓋11內(nèi)端的臺階端面上，并與前端蓋19和后端蓋11臺階軸面通過o型圈9密封連接。殼體7兩端部分別與前端蓋19、后端蓋11的臺階軸面之間也通過o型圈9密封連接。

小徑內(nèi)管14和大徑內(nèi)管8上均沿軸向間隔均布開有四對阻尼孔4，每對阻尼孔4對稱布置在內(nèi)管的兩側(cè)。阻尼孔將脈動流體的部分動能轉(zhuǎn)化為熱能，以耗散系統(tǒng)的形式衰減脈動能量。

為了增加本發(fā)明在實際應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)合理性，在脈動衰減器殼體上設(shè)置了通氣螺塞、通液螺塞、通氣孔和通液孔。具體來說是在殼體7上下對稱的兩側(cè)分別開有通氣孔和通液孔，通氣孔和通液孔上均通過組合墊5分別密封安裝有通氣螺塞6、通液螺塞15，使用組合墊5在通氣螺塞6、通液螺塞15與殼體7之間進(jìn)行密封。通氣螺塞用于在該脈動衰減器使用前排出其內(nèi)部空氣，避免空氣混入流體介質(zhì)，發(fā)生氣蝕現(xiàn)象對元件造成侵蝕等。通液螺塞用于需要時排出脈動衰減器內(nèi)部流體介質(zhì)。

具體實施在小徑內(nèi)管14兩端設(shè)置有圓孔篩頭2，本發(fā)明通過圓孔篩頭2使得對進(jìn)入流體入口1的流體流向進(jìn)行導(dǎo)向，同時使得對流出流體出口13的流體流向進(jìn)行導(dǎo)向。

小徑內(nèi)管14兩端經(jīng)各自的圓孔篩頭2分別與流體入口1和流體出口13連接，圓孔篩頭2為兩端之間密布開有平行通孔的圓柱件，平行通孔使得小徑內(nèi)管14與流體入口1、流體出口13之間連通。

在小徑內(nèi)管14和大徑內(nèi)管8之間設(shè)置彈性弦筒，彈性弦筒主要由兩個環(huán)形的壓電陶瓷18和連接在兩個壓電陶瓷18之間沿環(huán)形圓周均布的多根平行的彈性弦3構(gòu)成，相鄰彈性弦3之間具有間隙，每根彈性弦3兩端經(jīng)壓電陶瓷18分別連接到前端蓋19、后端蓋11的中心端面上，具體來說是彈性弦3的端部連接環(huán)形的壓電陶瓷18的一端，環(huán)形的壓電陶瓷18另一端與前端蓋19、后端蓋11端面連接。

壓電陶瓷18經(jīng)電線與外部控制器連接，通過調(diào)節(jié)壓電陶瓷18的電壓值來調(diào)節(jié)彈性弦3的振動頻率，使得彈性弦的振動頻率與脈動壓力流體的脈動頻率相一致，從而達(dá)到諧振衰減脈動的目的。

具體實施中。彈性弦筒形成了質(zhì)量-彈簧共振子系統(tǒng)，共振時產(chǎn)生反作用力可衰減圧力流體的脈動。每根彈性弦都與壓電陶瓷相接觸，通過壓電陶瓷調(diào)節(jié)彈性弦的主動振動進(jìn)行脈動的衰減仿真實驗，仿真實驗中用插入損失來衡量脈動衰減效果，實驗結(jié)果顯示：在頻率范圍600hz～800hz內(nèi)出現(xiàn)了兩個峰值，這兩個峰值體現(xiàn)的分別是結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)和流體諧振系統(tǒng)的作用效果最顯著時所對應(yīng)的頻率值的大小。結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值超過90db，流體諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值超過60db，流體壓力脈動的衰減效果非常明顯。并且，本發(fā)明有效衰減壓力流體脈動的頻率范圍是0hz～1000hz，因此本發(fā)明是廣譜的壓力脈動衰減器；衰減效果更好的頻率范圍是400hz～800hz，因此本發(fā)明更適用于中高頻的液壓系統(tǒng)。

在小徑內(nèi)管14內(nèi)設(shè)置網(wǎng)罩顆粒組件，多個網(wǎng)罩顆粒組件沿軸向間隔填塞在小徑內(nèi)管14內(nèi)，所述網(wǎng)罩顆粒組件包括網(wǎng)罩16和置于網(wǎng)罩16內(nèi)的固體顆粒17。小徑內(nèi)管14內(nèi)部固定4處網(wǎng)罩16，其內(nèi)放入不溶性固體顆粒17(固體顆粒17與流體不相溶)，且固體顆粒17的最小截面積大于網(wǎng)罩16網(wǎng)眼的最大面積，確保固體顆粒17不會漏入流體介質(zhì)中造成污染。

前端蓋19和后端蓋11上分別有4個位置對應(yīng)的拆裝螺紋孔12；拆裝螺紋孔12具有一定深度，配合使用該脈動衰減器配有的拆裝工具，可以保證安全搬運(yùn)和省力拆裝。在實際使用中，本脈動衰減器配有一支拆裝工具，用于省力拆裝前端蓋和后端蓋，以及安全搬運(yùn)脈動衰減器。

具體使用本發(fā)明器件時，脈動衰減器的安裝位置可視目的消減的脈動源的位置而靈活設(shè)置，以靠近目的消減的脈動源為位置設(shè)置的基本原則。

例如如果主要用于消減泵源脈動，則將脈動衰減器安裝在泵源附近。

例如如果主要用于消減負(fù)載端脈動，則將脈動衰減器安裝在負(fù)載端附近。在不同的液壓系統(tǒng)工況下，可通過設(shè)計不同直徑的小徑內(nèi)管來匹配適應(yīng)實際的管路尺寸；可通過調(diào)整部分現(xiàn)有結(jié)構(gòu)參數(shù)，比如改變彈性弦的材料、彈性弦的根數(shù)、彈性弦的直徑、圓孔篩頭的孔數(shù)、網(wǎng)罩顆粒的固定位置等，使得脈動衰減效果達(dá)到最大化。

針對彈性弦部分結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化進(jìn)行了仿真實驗，實驗結(jié)果顯示：

隨著彈性弦根數(shù)的增加，仿真曲線向低頻方向移動，衰減能力相對較弱的低頻范圍縮??；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的根數(shù)增加8根，曲線向低頻方向移動約5hz。結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值小幅增大，對應(yīng)頻率基本不變；數(shù)據(jù)顯示彈性的弦根數(shù)增加8根，峰值增大2db。流體諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值小幅減小，對應(yīng)頻率基本不變，數(shù)據(jù)顯示彈性弦的根數(shù)增加8根，峰值減小3.5db。這使得在合理的彈性弦根數(shù)的變化范圍內(nèi)，本發(fā)明在中高頻范圍內(nèi)對流體壓力脈動的衰減能力得到了增強(qiáng)。

隨著彈性弦直徑的增加，仿真曲線向高頻方向移動，更加凸顯了本發(fā)明在中高頻的液壓系統(tǒng)中的使用效果會更加顯著的特點；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的直徑增加4mm，曲線向高頻方向移動約25db。結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值小幅增大，對應(yīng)頻率基本不變；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的直徑增加4mm，峰值增大2db。流體諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值明顯增大，對應(yīng)頻率基本不變，對壓力流體的脈動衰減效果顯著的頻段仍為中高頻段；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的直徑增加4mm，峰值增大8db。

隨著彈性弦長度的增加，仿真曲線向低頻方向移動，衰減能力相對較弱的低頻范圍縮??；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的長度增加10mm，曲線向低頻方向移動約8hz。結(jié)構(gòu)諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值小幅增大，對應(yīng)頻率基本不變；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的長度增加10mm，峰值增大2db。流體諧振系統(tǒng)對應(yīng)的流體壓力脈動衰減效果最佳時的插入損失值小幅減小，對應(yīng)頻率基本不變，使得本發(fā)明在中高頻范圍內(nèi)對流體壓力脈動的衰減能力得到了增強(qiáng)；數(shù)據(jù)顯示彈性弦的長度增加10mm，峰值減小2.5db。

本發(fā)明具體實施中，將其安裝在負(fù)載端附近，使用變頻電機(jī)作為脈動源以調(diào)節(jié)脈動大小。通過采集安置在本發(fā)明流體入口、流體出口的直管路上的12只壓力傳感器反饋的信息可知：本發(fā)明可衰減的流體壓力脈動頻率范圍為200hz～650hz，衰減效果更加顯著的頻率范圍為400～600hz，數(shù)據(jù)符合仿真實驗結(jié)果，說明本發(fā)明為一款廣譜流體脈動衰減器，并且更適用于中高頻的液壓系統(tǒng)，在此類系統(tǒng)中對壓力流體的脈動衰減能力最強(qiáng)。衰減的壓力幅值經(jīng)換算為插入損失后，也與仿真實驗結(jié)果基本一致，可衰減的分貝范圍為1.5db～6.5db。

由此說明本發(fā)明能夠有效衰減壓力流體脈動，具有其突出顯著的技術(shù)效果。