脉动衰减器

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简介

压力脉动是由流量脉动通过系统阻抗产生的,流量脉动起源于泵的运动。因此,对泵进行结构优化设计,减小流量脉动,是降低压力脉动的途径之一。同时,液压阀的动作也会产生流量或压力脉动,设计合理的流道、零件形状以及动作时间可以有效降低脉动水平。但这些措施作用有限,尤其是高压大流量泵、齿轮泵,从基理上讲,流量压力脉动大,采取措施则相对困难。

除了从源头考虑如何衰减脉动,还可以从系统负载的角度来考虑,降低系统的输人阻抗即减小泵的输出阻抗一也能减小压力脉动,加装压力脉动衰减器可以增加对压力或流量脉动的衰减和吸收。^[1]

分类

脉动衰减器可分为主动式和被动式,其中被动式又可分为阻性衰减器和抗性衰减器。主动衰减器的性能参数可以根据工况的变化自适应地调节。阻性衰减器通过能量的吸收或反射来缓和压力脉动；抗性衰减器利用波的谐振和干涉来降低压力脉动。

液压系统的高压化、大流量化及小型化要求降低压力和流量脉动,而常用的抗性消声器由于占用空间大,连接部位易出现疲劳失效,衰减频率范围较窄,而不适应新的应用环境。

发展历程

液压脉动衰减器的研究与开发主要经历了三代产品,第一代产品是阻尼式脉动衰减器和并联蓄能器式,第二代则以抗性脉动衰减器为主,第三代以串联蓄能器式和主动式为主。第二代和第三代产品目前在市场中可以见到。其中被动式又分为两个阵营：日本则主要发展被动式抗性脉动衰减器为主,代表性企业是日立建机；欧美则以气液式为主,代表性企业有英国的Flow Guard。主动式目前应用不广泛,主要领域是低频衰减,目前还处于研发阶段,日本的神奈川大学及英国的巴斯大学在从事这方面的开发。另外,力士乐、川崎重工、伊顿等液压元件提供商已经实现将小型的脉动衰减器集成到柱塞泵上,将脉动衰减器集成到其它液压元件也是衰减器的发展方向之一。

图1 阻性脉动衰减器图1所示为阻性脉动衰减器它通过衰减系数较大的阻尼材料,如石棉、橡胶等（如图1（a）所示）,或者孔板（如图1（b）所示）以形成较大的摩擦,把压力或流量脉动的能量通过摩擦转化为热量来降低压力和流量脉动。另外,采用孔板作为调整元件,改变系统的阻抗特性,避开谐振点,也可以实现消振但是,这种衰减器的节流损失很大,现在已经很少使用。

图2 串联谐振型脉动衰减器图2所示为串联谐振型脉动衰减器,属于抗性脉动衰减器。当脉动的流量进人容腔时,由于突扩管的作用,多余的脉动流量使流体压缩,当脉动流量低于平均流量时,则由容腔中的流体释放一部分,以此降低脉动。这种衰减器适合降低高频脉动,其中K衰减器（如图2（c）所示）应用效果最好。

图3 分支谐振型脉动衰减器图3所示为分支谐振型脉动衰减器。通过衰减器中流体的谐振吸收或释放能量,从而衰减某个频率的脉动。

L型衰减器（如图3（a）所示）适用于衰减气流脉动，T型衰减器（如图3（b）所示）适用于工作频带窄、频率高、基频能量大的场合。H型（如图3（c）所示）利用油柱共振原理形成反相波来衰减特定频率段内的脉动，其结构简单,衰减效果好,应用广泛而后,一些研究学者通过对H型脉动衰减器进行改进组合,形成并联复合H型（如图3（d）所示）和串联复合H型（如图3（d）所示）,它们可以衰减多个频率的脉动。

图4 干涉型脉动衰减器图4所示为干涉型脉动衰减器（也称分流管式滤波器）。图4（a）所示为经典HQ管，它利用波的干涉原理,将频率相同、相位相反的脉动相互叠加,对消脉动,衰减的频率跟两管长度的和与差有关。这种衰减器占用空间大,工作频带窄。修正HQ管（如图4（b）所示）可以显著缩短并联管的长度,并由于引进容腔而使衰减器内各管的振动情况减弱。