液压脉冲扼制方式研究
  • 技术应用
  • 2012-04-12 10:36
  • 来源:中国液压网
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  •   滤波器1、2是典型T型滤波器和宽频滤波器。T型滤波器的支路输入阻抗Zm为:Zm(jω)=Pm/Qm=jZmcos(τeω)/sin(τeω)因此Pm=QmZmctan(τeω)显然,当τeω=(π/2)+nπ(n=0,1,2,3……)时,Pm=0,这就是T型滤波原理。若τeω=nπ(n=0,1,2,3……)时,Pm=∞,当然这种情况是不会出现的。这说明T型滤波在某点上特别有效,在某些点上作用不大。

      对宽频滤波器来说,当2管与3管的长度相差1/2个波长时,则在它们汇合处相差180°,脉动压力将极大地削减,这个消振方法只在理论上成立,实际工作中一般没有意义。因为泵出口压力脉动幅值*强段在距泵出口1个波长之内,随着管长的增加压力波将逐渐削弱。消振只在泵出口1个波长度之内具有实际意义。

      油滤由油滤结构形式可以推导出油滤阻抗数学模型为:ZF=(32ρυl/d2+k1jωρl)/A1A2式中,A1-滤网过流面积,A2-穿孔率,υ-粘性系数,l-毛细管长度,d-毛细管直径,k1修正系数。

      可以分析油滤有减小脉动幅值的作用,在某液压系统试验时我们发现,油滤离出口越近滤波效果越好。油滤相当于一个带有无数微孔档板的容腔,即相当于阻抗性复合衰减器。油滤的过滤度对谐振幅值影响较大,随着过滤精度的提高,谐振幅度下降。而油滤容积对系统脉动特性影响不大。一般而言,油滤的过滤精度不可能无限增大,对系统压力脉动影响显著而又容易实现的是油滤的安装位置,以便在工作频段内系统的压力脉动有所衰减,油滤安装*好在1个波长以内。

      蓄压器下面是有无蓄压器及蓄压器数量对压力脉动的影响试验。系统工作压力为31MPa,流量为35L/min,试验数据如表1所示。试验表明:蓄压器对压力脉动衰减几乎不起作用。其原因:①从蓄压器对线路的输入阻抗的影响看,在液压系统中蓄压器一般不会紧挨泵出口,而是离油泵至少在1个波长以上的距离,而且一般都装在支管上,这段支管对具有较高频率的脉动波的阻抗很大。所以串接在这个大阻抗后面的蓄压器的阻抗对整个线路的输入阻抗影响很小;②从压力脉动传播与分布规律看:在泵出口不远处装有油滤的情况下,油滤具有衰减脉动压力的作用,经过油滤以后脉动压力已小到了在示波记录上难于计量的程度了;③蓄压器对系统阻抗匹配影响很大,当阻抗匹配不好时,不仅不能抑制泵出口压力脉动,且还会使脉动的频率和幅值增加。

      缓冲瓶缓冲瓶是基于声容共振原理设计的,但实践证明已经不是“共振”而是具有一个较宽的频率响应。在此就缓冲瓶进行试验和分析,来说明它的实际效果。按亥姆霍兹共振器计算公式:f=αA/LV"/2π(f为自振频率1/s;α为压力传播速度,cm/s,A为入口截面积,cm2;L为管子长度,cm;V为容积,cm3),则V=Aα2/4π2Lf2。

      软管在泵的输出端接一段软管:一是隔振,可以使油泵及其动力源的振动不传给管子,因而也降低了噪音;二是降低脉动压力。对于隔振,由材料力学可以很容易得出软管比硬管好这个结论,但软管长度的选择对隔振效果影响*大,若长度选择不当,将达不到隔振作用,甚至产生导管的共振;至于降低脉动压力,还不能简单下此结论。

      (1)理论分析以橡胶软管为例,其管壁的弹性与钢管相比相差很大。橡胶软管与液压的组合体积弹性系数:1/Ke=1/Kc+1/K,设软管直径为1.3cm,外径为2.65cm。壁厚δ=0.675cm时:Kc=δEe/D,式中K=20.7kg/cm2,则Ke=20.67kg/cm2,同样内径的不锈钢管其组合休积弹性系数却大得多,近似取内径D=1.3cm,壁厚δ=0.1cm,不锈钢弹性系数E=2.0×106kg/cm2,钢管体积弹性系数:KG=153846kg/cm2,不锈钢与液压油的组合体积弹性系数:K′G=KK′G/(K+KG)=13667kg/cm2,两者相比K′G/Ke=661。可见橡胶软管的组合体积弹性系数远远小于不锈钢的组合体积弹性系数。再看前端具有容腔时系统的阻抗表达式:ZR(jω)=P(s)/Q(s)=jKe/ωVc(Vc为容腔容积,Ke为组合体积弹性系数),显然在管端容积Vc相同情况下,由橡胶软管构成的系统阻抗将比不锈钢管构成的系统阻抗小661倍,虽然由此带来的脉动压力的削减不是正比关系,但可以肯定橡胶软管能较好地削减脉动压力。

      (2)试验分析为了排除系统的影响,仅就软管本身衰减脉动的能力,对比在同样条件下,闭端硬管与闭端软管的脉动压力情况,试验结果见表3。

      试验不能得出软管硬管衰减脉动性能的简单结论,两者相比有高有低,软管有时大于硬管,脉动压力较大点的相应转速有所变化。分析其原因是:泵出口的脉动压力取决于系统的输入阻抗。管路的输入阻抗主要由液感和液容组成(在此情况下,液阻不占主要地位)。同样内径和长度的充满油液的硬管和软管的液感是相同的,不同的是液容。管路的液容是由工作介质液容和导管壁的当量液容并联组成,两者相比,前者占主导地位。所以在系统中换入一段软管,对输入阻抗的量级不会引起显著的改变,而硬管的当量容积模数为油液的12倍多,故其合成的有效容积模数接近油液的容积模数。考虑到系统内不可避免地会混有一定量气体,所以实际线路中的介质容积模数一般还显著低于上述值,导管壁弹性的影响更小。

      但是,硬管与软管间的弹性差异仍会改变系统的阻抗幅频特性,所以*大脉动点的相应线速会有所改变,或者说,在同一转速下,两种导管的脉动值会有所改变。

      尽管理论分析和试验结果不一致,但在同等条件下接入一段软管对隔振是有益的。软管材料、直径大小、长短等等不同,它的频率特性也各不相同。其中尤以软管长度选择*为关键,若长度选择不当,将达不到削减脉动压力的作用,甚至相反产生导管的共振。试验结果见表4,为不同长度的橡胶软管装于泵出口的试验数据,泵出口压力为额定值21MPa流量为15L/min,从表中可见,软管越长脉动幅值不但不能削减反而增大了。尤其以800mm长软管*为严重,当在3760r/min时出现了共振。软管属于低频元件,使用时应避开共振区。以9柱塞的柱塞泵为例,当转速由2000~4000r/min变化时,在泵出口安装400mm长以下软管可获得较好效果。

      结论(1)在以上讨论抑制液压脉动的方法中以油滤和缓冲瓶为*佳,软管的选用要慎重;(2)滤波元件滤波效果是有一定频率范围的,使用中应予以注意,改变油滤的容量或安装位置可以调整谐振点,甚至消除谐振。

      

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