一种串联式液压压力脉动衰减器及衰减方法技术

一种串联式液压压力脉动衰减器及衰减方法，包括活塞杆、活塞以及衰减器壳体；活塞杆固定在衰减器壳体上，并且活塞杆一端位于衰减器壳体内，另一端穿出衰减器壳体；活塞杆沿轴线方向开有通孔，通孔与后续油路相通；活塞位于衰减器壳体内，活塞与衰减器壳体之间设置有压电陶瓷，并且压电陶瓷与活塞相接触，根据压力脉动的大小，通过改变施加在压电陶瓷两端的电压，改变压电陶瓷的刚度，从而改变活塞位移，实现衰减器壳体容积的高频率变化，实现液压压力脉动衰减。本发明专利技术提供的新型串联式液压压力脉动衰减器相较于传统液压压力脉动衰减器造成的油路能量损失小，增大了起抑制效果的压力脉动带宽，可实现高压油路中的压力脉动抑制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于液压系统压力脉动控制领域，具体涉及一种串联式液压压力脉动衰减器及衰减方法。
技术介绍
轴向柱塞泵输出压力高、可靠性好与其他形式的泵相比较为节能，因而被广泛的应用于诸如航空飞行器、重型特种装备等领域。提高系统集成度，减小设备体积已成为设备制造领域的共识。针对液压系统来讲，若系统工作压力从21Mpa提升至56Mpa，系统的体积将缩小40％，重量降低30％。但压力的提高将造成系统的压力脉动出现明显加大的情况。过大的压力脉动会引起系统振动及噪声的增加以及气蚀等现象的出现，加速系统元件的磨损。当压力脉动频率与管路中某些元件固有频率相近时，产生的共振现象更会加速元件损坏，造成系统失效。因此，必须对高压液压系统的压力脉动进行抑制。目前液压系统压力脉动的抑制主要分为主动压力脉动抑制和被动压力脉动抑制两种方式。被动压力脉动抑制对脉动的衰减频带较窄，另外采用被动的蓄能器或缓冲瓶，引入了额外的容性负载，影响系统的动态响应过程。而主动控制则可较好的避免上述问题，目前主动压力脉动衰减器的设计思路大致相同，均是在主液压油路的旁路设置响应的控制阀或主动蓄能器，利用阀体短时的开启与闭合在主油路上产生反相位的压力脉动，利用波形叠加原理消除回路压力脉动。所用控制阀或主动蓄能器一般都包含压电控制部件，响应速度快，大大提升了系统的响应带宽。但这种通过溢流产生波动进行压力脉动衰减的方式在高压系统中会消耗大量能量。如何设计主动压力脉动衰减器的结构，使其在对系统压力脉动进行衰减的同时既不影响系统的动态响应特性，又不会造成较大的能量浪费，在液压系统压力脉动衰减问题中是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对以上技术问题，提出了一种串联式液压压力脉动衰减器及衰减方法，借鉴蓄能器的工作原理，引入压电技术，设计可主动调节容积的串联式衰减器，消除液压回路中存在的压力脉动现象，提升系统性能。为达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案予以实现：一种串联式液压压力脉动衰减器，包括活塞杆、能够在活塞杆上滑动的活塞以及串联于油路中带有出口和进口的衰减器壳体，衰减器壳体一端与泵出口油路相连，另一端与后续油路相连；活塞杆固定在衰减器壳体上，并且活塞杆一端位于衰减器壳体内，另一端穿出衰减器壳体；活塞杆沿轴线方向开有通孔，通孔与后续油路相通；活塞位于衰减器壳体内，活塞与衰减器壳体之间设置有压电陶瓷，并且压电陶瓷与活塞相接触，根据压力脉动的大小，通过改变施加在压电陶瓷两端的电压，改变压电陶瓷的刚度，从而改变活塞位移，实现衰减器壳体进口端容腔容积的高频率变化，实现液压压力脉动衰减。本专利技术进一步的改进在于，所述衰减器壳体进口及出口处均布置一个压力变送器。本专利技术进一步的改进在于，所述衰减器壳体通过锥螺纹或带有密封结构的螺纹与泵出口油路相连；所述活塞杆通过锥螺纹或带有密封结构的螺纹与后续油路的管接头相连。本专利技术进一步的改进在于，所述活塞与活塞杆为间隙配合。本专利技术进一步的改进在于，所述活塞杆位于衰减器壳体内的一端设有用于对衰减器活塞的限位的轴端挡板。本专利技术进一步的改进在于，所述轴端挡板通孔进口处设计有用于减小液阻的倒角。本专利技术进一步的改进在于，所述活塞杆通过设置在活塞杆上的侧板固定在衰减器壳体内壁上，压电陶瓷设置在侧板与活塞之间，压电陶瓷与活塞杆之间留有空腔，压电陶瓷对称布置活塞杆；活塞杆的径向开设有通孔，该通孔与轴线方向的通孔相连通。本专利技术进一步的改进在于，所述衰减器壳体通过法兰盘装配于油路中；所述压电陶瓷为堆叠式压电陶瓷。一种串联式液压压力脉动衰减方法，分别在衰减器壳体进口处及衰减器出口处设置压力变送器，检测衰减器壳体进口处的压力脉动p1和出口处的压力脉动p2，并将其转换为微弱电信号，信号处理电路对产生的微弱电信号进行滤波、整流、放大、转换，送入A/D转换器，A/D转换器将处理后的模拟信号转换为单片机可接收的数字量信号，单片机对接收到的数字量信号进行快速傅里叶变换，得到主频ω1、二次谐波频率ω2＝2ω1以及三次谐波频率ω3＝3ω1；再通过旋转矢量优化控制算法得到最优控制电压，功率放大电路根据旋转矢量优化控制算法计算的最优控制电压值产生实际控制电压作用于压电陶瓷上，改变其刚度，实现对活塞位移的主动调节，改变衰减器壳体进口端容积，实现压力脉动的衰减。本专利技术进一步的改进在于，通过旋转矢量优化控制算法得到最优控制电压的具体过程如下：采集到的衰减器壳体进口处压力为p1(k)，k＝1,2,…N,N为采样点数，p1(k)算术平均值为均方差为衰减器出口处压力为p2(k)，k＝1,2,…N,N为采样点数，p2(k)算术平均值为均方差为设定旋转矢量其中元素A1、分别为电压分量中正弦部分的幅值及相位，A2、分别为电压分量中正弦部分的幅值及相位，A3、分别为电压分量中正弦部分的幅值及相位；旋转矢量优化控制算法的目标函数为：优化时，首先随机产生两个目标函数值不等的矢量v1、v2，作二者矢量差，以差矢量两端点中目标值较小的点为圆心，旋转目标值较大的点形成新的差矢量；计算新端点的目标值并与圆心的目标值比较，直至其目标值小于圆心的目标值后绕新端点重新旋转；若新端点旋转一周后的目标值仍大于圆心的目标值，则以圆心为固定点，将差矢量缩小0.618，重新比较差矢量两个端点的目标值，重复该过程直至新端点的目标值大于圆心的目标值；重复旋转和缩小操作，直至达到终止标准；最后得到最优控制电压如下：相对于现有技术，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术所提供的新型串联式液压压力脉动衰减器，采用主动压力脉动衰减策略，相较于传统被动式压力脉动抑制设备，调节的频带范围更宽，响应速度更快；采用串联式的安装方式，相比通过旁路节流控制产生反相位压力脉动进行压力脉动的方式，减少了系统的能量损失，同时也避免因反相位压力脉动波形的偏差导致压力脉动加剧的问题。本专利技术所设计的压力脉动衰减器，与蓄能器工作原理类似，当油路出现压力脉动时，衰减器活塞在壳体内的移动会改变衰减器的容积，消除油路的流量波动及由此导致的压力脉动。本专利技术提供的新型串联式液压压力脉动衰减器相较于传统液压压力脉动衰减器造成的油路能量损失小，增大了起抑制效果的压力脉动带宽，可实现高压油路中的压力脉动抑制。进一步，通过在衰减器壳体及衰减器活塞之间设置叠堆式压电陶瓷，实现对高频压力脉动的抑制。进一步，通过在衰减器内的活塞杆部分，沿径向开设通孔，用于形成液阻，同时减小衰减器两端的压力差，降低对叠堆式压电陶瓷的刚度要求。进一步的，衰减器壳体通过锥螺纹或带有密封结构的螺纹与泵出口油路相连，能够避免油液泄露。进一步的，活塞杆的径向开设有通孔，用于形成液阻，同时减小衰减器两端的压力差，降低对叠堆式压电陶瓷的刚度要求；该通孔与轴线方向的通孔相连通，压电陶瓷与活塞杆之间留有空腔，将进油路高压油通过通孔引入衰减器活塞另一侧，减小衰减器活塞两侧压力差，降低对叠堆式压电陶瓷刚度大小的要求，另外该径向通孔会形成节流口，利用液体阻抗能消除一定压力脉动。进一步的，活塞杆沿轴线方向按管路内径标准规格开有通孔，通孔与后续油路相通，该通孔能够减小内径变化造成的液阻。进一步的，衰减器内的轴端挡板通孔进口处设计有倒角，能够减小液阻。进一步的，本专利技术的衰减器壳体的中部通过法兰盘连接，方便生产和实际本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：包括活塞杆(10)、能够在活塞杆(10)上滑动的活塞(6)以及串联于油路中带有出口和进口的衰减器壳体(1)，衰减器壳体(1)一端与泵出口油路相连，另一端与后续油路相连；活塞杆(10)固定在衰减器壳体(1)上，并且活塞杆(10)一端位于衰减器壳体(1)内，另一端穿出衰减器壳体(1)；活塞杆(10)沿轴线方向开有通孔，通孔与后续油路相通；活塞(6)位于衰减器壳体(1)内，活塞(6)与衰减器壳体(1)之间设置有压电陶瓷(7)，并且压电陶瓷(7)与活塞(6)相接触，根据压力脉动的大小，通过改变施加在压电陶瓷(7)两端的电压，改变压电陶瓷(7)的刚度，从而改变活塞(6)位移，实现衰减器壳体(1)进口端容腔容积的高频率变化，实现液压压力脉动衰减。

【技术特征摘要】
1.一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：包括活塞杆(10)、能够在活塞杆(10)上滑动的活塞(6)以及串联于油路中带有出口和进口的衰减器壳体(1)，衰减器壳体(1)一端与泵出口油路相连，另一端与后续油路相连；活塞杆(10)固定在衰减器壳体(1)上，并且活塞杆(10)一端位于衰减器壳体(1)内，另一端穿出衰减器壳体(1)；活塞杆(10)沿轴线方向开有通孔，通孔与后续油路相通；活塞(6)位于衰减器壳体(1)内，活塞(6)与衰减器壳体(1)之间设置有压电陶瓷(7)，并且压电陶瓷(7)与活塞(6)相接触，根据压力脉动的大小，通过改变施加在压电陶瓷(7)两端的电压，改变压电陶瓷(7)的刚度，从而改变活塞(6)位移，实现衰减器壳体(1)进口端容腔容积的高频率变化，实现液压压力脉动衰减。2.根据权利要求1所述的一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：所述衰减器壳体(1)进口及出口处均布置一个压力变送器。3.根据权利要求1所述的一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：所述衰减器壳体(1)通过锥螺纹或带有密封结构的螺纹与泵出口油路相连；所述活塞杆(10)通过锥螺纹或带有密封结构的螺纹与后续油路的管接头相连。4.根据权利要求1所述的一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：所述活塞(6)与活塞杆(10)为间隙配合。5.根据权利要求1所述的一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：所述活塞杆(10)位于衰减器壳体(1)内的一端设有用于对衰减器活塞(6)的限位的轴端挡板(3)。6.根据权利要求5所述的一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：所述轴端挡板(3)通孔进口处设计有用于减小液阻的倒角。7.根据权利要求1所述的一种串联式液压压力脉动衰减器，其特征在于：所述活塞杆(10)通过设置在活塞杆(10)上的侧板固定在衰减器壳体(1)内壁上，压电陶瓷(7)设置在侧板与活塞(6)之间，压电陶瓷(7)与活塞杆(10)之间留有空腔，压电陶瓷(7)对称布置活塞杆(10)；活塞杆(10)的径向开设有通孔，该通孔与轴线方向的通孔相连通。8.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小虎，柳松玮，李党超，张燕飞，李中平，吴坚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61