脈動衰減器

燃油在分配管內呈脈動狀態，原因有三：其一，泵油時油泵內容積的變化，形成“泵油脈動”。其二，回油時調壓器閥門開閉形成的“回油脈衝”。其三，噴油器間歇噴油，形成的“噴油脈衝”。為此，在燃油分配管進口處或油泵處的出油口設有脈動衰減器，利用其膜片和彈簧的變形使容積隨壓力的大小而變化，緩和衰減分配管內油壓的脈動，使油壓穩定，保證了燃油準確地計量。

基本介紹

• 中文名：脈動衰減器
• 領域：發動機

簡介

壓力脈動是由流量脈動通過系統阻抗產生的,流量脈動起源於泵的運動。因此,對泵進行結構最佳化設計,減小流量脈動,是降低壓力脈動的途徑之一。同時,液壓閥的動作也會產生流量或壓力脈動,設計合理的流道、零件形狀以及動作時間可以有效降低脈動水平。但這些措施作用有限,尤其是高壓大流量泵、齒輪泵,從基理上講,流量壓力脈動大,採取措施則相對困難。

除了從源頭考慮如何衰減脈動,還可以從系統負載的角度來考慮,降低系統的輸人阻抗即減小泵的輸出阻抗一也能減小壓力脈動,加裝壓力脈動衰減器可以增加對壓力或流量脈動的衰減和吸收。

分類

脈動衰減器可分為主動式和被動式,其中被動式又可分為阻性衰減器和抗性衰減器。主動衰減器的性能參數可以根據工況的變化自適應地調節。阻性衰減器通過能量的吸收或反射來緩和壓力脈動；抗性衰減器利用波的諧振和干涉來降低壓力脈動。

液壓系統的高壓化、大流量化及小型化要求降低壓力和流量脈動,而常用的抗性消聲器由於占用空間大,連線部位易出現疲勞失效,衰減頻率範圍較窄,而不適應新的套用環境。

發展歷程

液壓脈動衰減器的研究與開發主要經歷了三代產品,第一代產品是阻尼式脈動衰減器和並聯蓄能器式,第二代則以抗性脈動衰減器為主,第三代以串聯蓄能器式和主動式為主。第二代和第三代產品目前在市場中可以見到。其中被動式又分為兩個陣營：日本則主要發展被動式抗性脈動衰減器為主,代表性企業是日立建機；歐美則以氣液式為主,代表性企業有英國的Flow Guard。主動式目前套用不廣泛,主要領域是低頻衰減,目前還處於研發階段,日本的神奈川大學及英國的巴斯大學在從事這方面的開發。另外,力士樂、川崎重工、伊頓等液壓元件提供商已經實現將小型的脈動衰減器集成到柱塞泵上,將脈動衰減器集成到其它液壓元件也是衰減器的發展方向之一。

圖1所示為阻性脈動衰減器它通過衰減係數較大的阻尼材料,如石棉、橡膠等（如圖1（a）所示）,或者孔板（如圖1（b）所示）以形成較大的摩擦,把壓力或流量脈動的能量通過摩擦轉化為熱量來降低壓力和流量脈動。另外,採用孔板作為調整元件,改變系統的阻抗特性,避開諧振點,也可以實現消振但是,這種衰減器的節流損失很大,現在已經很少使用。

圖1 阻性脈動衰減器

圖2所示為串聯諧振型脈動衰減器,屬於抗性脈動衰減器。當脈動的流量進人容腔時,由於突擴管的作用,多餘的脈動流量使流體壓縮,當脈動流量低於平均流量時,則由容腔中的流體釋放一部分,以此降低脈動。這種衰減器適合降低高頻脈動,其中K衰減器（如圖2（c）所示）套用效果最好。

圖2 串聯諧振型脈動衰減器

圖3所示為分支諧振型脈動衰減器。通過衰減器中流體的諧振吸收或釋放能量,從而衰減某個頻率的脈動。

圖3 分支諧振型脈動衰減器

L型衰減器（如圖3（a）所示）適用於衰減氣流脈動，T型衰減器（如圖3（b）所示）適用於工作頻帶窄、頻率高、基頻能量大的場合。H型（如圖3（c）所示）利用油柱共振原理形成反相波來衰減特定頻率段內的脈動，其結構簡單,衰減效果好,套用廣泛而後,一些研究學者通過對H型脈動衰減器進行改進組合,形成並聯複合H型（如圖3（d）所示）和串聯複合H型（如圖3（d）所示）,它們可以衰減多個頻率的脈動。

圖4所示為干涉型脈動衰減器（也稱分流管式濾波器）。圖4（a）所示為經典HQ管，它利用波的干涉原理,將頻率相同、相位相反的脈動相互疊加,對消脈動,衰減的頻率跟兩管長度的和與差有關。這種衰減器占用空間大,工作頻帶窄。修正HQ管（如圖4（b）所示）可以顯著縮短並聯管的長度,並由於引進容腔而使衰減器內各管的振動情況減弱。

圖4 干涉型脈動衰減器

圖5所示為脈動衰減器,通過一個或幾個小管將兩個或兩個以上的大容腔連線,可同時利用干涉濾波和諧振濾波以消除脈動,這種衰減器工作頻頻寬,但體積大,主要用於消除和衰減由於泵源流量脈動產生的系統壓力脈動。

圖5 Pulsco 脈動衰減器

圖6所示為消振式蓄能器。利用氣體或彈簧的彈性以平衡脈動。這種蓄能器工作頻率很低,一般作為流量補償元件使用。

圖6 消振式蓄能器

主動式脈動衰減器其性能可以跟隨系統工況的變化自適應調節,實際上是一個伺服系統,通過獲取振動信號,利用控制技術,動態地吸振或提供阻尼,或利用相反相位的壓力或流量信號去抵消源壓力脈動,從而達到衰減脈動的目的。