一种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于液压管路流体脉动控制领域，具体涉及一种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置。
【背景技术】
[0002]由于轴向柱塞栗自身结构特性以及巨大压差导致油液反冲回油缸，使得柱塞栗同时存在着固有流量脉动和回冲流量脉动，且以回冲流量脉动为主。栗输出的流量脉动在流经液压管道时，由于管道中节流口、阀口等的存在，会产生压力脉动。管道内的压力、流量脉动会诱发管路振动、产生噪声，从而降低液压元件寿命，严重时会导致灾难性的事故。因此，控制和削弱液压管路系统的流体脉动具有很重要的现实意义。
[0003]目前，流体脉动衰减分为被动控制和主动控制两部分。被动控制主要是在液压系统中设置衰减器，国内外已先后研制成功了多种类型的脉动衰减装置并在实际应用中取得了不同程度的衰减效果。但随着液压系统向着高压、大流量、大功率密度方向发展，液压流体脉动被动控制也暴露出了许多缺点，例如:(1)在实际液压系统中，由于系统的复杂性，如非线性、分布参数以及不确定性等因素，使得系统很容易受到外界干扰的影响。而传统的脉动衰减器往往属于被动式，其结构参数不可变，即使可变，也是人工手动调节，不具有自适应削减脉动波的能力；(2)—般地，脉动能量主要集中在200Hz以下频率范围，衰减这个频率段内的脉动是很重要的。采用被动控制方法时，衰减器对中、高频脉动削减比较好，但对低频脉动，由于体积庞大、衰减效果不太理想，其中阻性衰减器能量损失过大，而抗性衰减器也各有不足。
[0004]流体脉动主动控制是利用专门的装置产生一个附加压力波，使它与源压力脉动波频率相同、幅值相等且相位相差，以此来消减系统中的压力与流量脉动。目前，主动滤波的方法主要有:(1)在管道中直接加装伺服作动器，通过其往复运动来增大或减小管路容积，产生压力脉动波抵消原液压系统中的压力脉动；(2)在管道外壁安装压电陶瓷或磁致伸缩等智能材料作动器，通过作动器的运动使管壁发生弹性变形，从而在管道内产生压力脉动波；(3)基于旁路溢流原理，在主管路中引出一分叉管路，在分叉管路上安装由压电陶瓷等智能材料驱动的主动节流阀、主动消振阀或伺服阀，通过控制阀的运动，达到抑制主管路脉动的效果。随着液压系统的发展，前人所研究的液压流体脉动主动控制方法也暴露出了许多缺点，总结如下:(1)当加装伺服作动器时，由于要产生幅值大小相等、相位相差的次级脉动波，这就使得作动器体积较大;又由于在高压液压系统中，作动器要承受很大的负载，使得其驱动电压或磁场强度非常大，会引起作动器过热等一系列问题；(2)因为管路中的高压流体会使管道刚度变大，因此若要管道发生变形，则要很大的执行力，利用液压系统管壁的变形来产生压力脉动波的流体脉动主动控制大多应用于低压的液压管路系统，对于高压液压系统并不适用；(3)主动滤波虽然消除脉动的效果较好，但主动控制系统复杂、成本昂贵，因此目前只处于实验室水平。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的是提供一种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置，该装置不仅结构紧凑，还实现了流体脉动的主、被动一体化控制，结合各自的优点，能够有效削弱宽频带内的脉动和振动、噪声。
[0006]本实用新型的目的是通过如下的手段实现的。
[0007]—种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置，衰减器机械结构部分31的中部为一长方体密封腔体，腔体的左右两端分别具有流入液压流体的进口圆管1和流出液压流体的出口圆管11，进口圆管1和出口圆管11的部分伸入衰减器腔体内；腔体内表面的上部和下部分别设置有PVDF压电薄膜，PVDF压电薄膜上置有将其两面引出密封腔体外与外部形成电连接的引出线，即:用于与可控电感型压电分支电路24连接的上引出线(5和8)和用于与电荷放大电路27连接的下引出线(18和19);衰减器腔体内的进口圆管1、出口圆管11的侧壁上布满孔径大小不均匀的微孔;衰减器腔体的内径大于进口圆管1和出口圆管11的内径，形成内插管单室扩张式结构。
[0008]进一步地，作为本实用新型的一种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置:在制作压电传感器时，为了提高灵敏度，将二片或二片以上具有相同性能的PVDF压电薄膜17并联连接，薄膜两侧的铝电极15和16各是一层很薄的铝箔，与PVDF压电薄膜的粘结非常牢固，也很柔韧，可以承受很高的应力和做大幅度的弯曲应变。用环氧树脂14包裹PVDF压电薄膜17及其铝电极，这样既起到绝缘作用又可以保护薄膜避免与管道中的流体发生接触。
[0009]进一步地，可控电感型压电分支电路24由可控电感元件25和可控电阻元件26串联组成，构成分支电路压电阻尼系统。作为本实用新型的一种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置:当PVDF压电薄膜17采用并联连接时，前置放大器应配接高增益和高输入阻抗的电荷放大器，因此将下端盖通孔(20和21)引出的下引出线(18和19)与电荷放大电路27相连。由于压电传感器等效电路只有在负载为无穷大，内部无漏电时，受力产生的电压U或电荷q才能长期保持不变;如果负载不是无穷大，则电路就要按指数规律进行放电(详见李金田于2004年在《传感器技术》上发表的《压电传感器与前置放大器的配接》)，因此压电传感器的测量电路首先要接入一个高输入阻抗的前置放大器。
[0010]本实用新型将衰减器上端盖通孔(6和9)引出的引出线(5和8)与可控电感型压电分支电路24相连，这种分支电路压电阻尼系统由可控电感元件25和可控电阻元件26串联组成，其中可控电阻元件26的作用是耗散由于流体脉动引起的压力能，可控电感元件25的功能是储存流体压力能。通过调整分支电路中电阻和电感的值，可以使压电系统的谐振频率与流体脉动基波频率相一致，从而达到抑制压力脉动的作用。
[0011]本实用新型衰减器腔体内部的进口圆管和出口圆管的侧壁上布满微孔。所述微孔
(22)和(23)的孔径在0.1-0.3_之间变化。查阅国内脉动衰减装置专利，如中国专利公布号CN 102226491 A，公布日2011.10.26，发明专利的名称为用于输液管路流体消脉降噪装置，该发明公开了一种用于输液管路流体消脉降噪装置，装置中的微孔I的孔径和微孔Π的孔径均为l-3mm，同一块微孔板上的孔直径是相同的。该装置存在的不足:根据马大猷院士的微穿孔板结构理论，只有当微孔孔径小于1mm时，才容易获得宽频带吸收(详见马大猷院士于1975年在《中国科学》上发表的《微穿孔板吸声结构的理论和设计》)，因此该发明装置脉动衰减频带较窄;并且采用的同一孔径微孔板只对单一脉动频率有效。针对这些缺陷，本实用新型公开的一种脉动衰减装置中的微孔(22)、(23)孔径均未超过0.3mm，且孔径在0.Ι-Ο.3mm 之间变化。通常 ，微穿孔板的声阻随着孔径的变小而大大提高， 当达到0.3mm 或更小时，其吸声带宽就相当可观了(详见张斌于2007年在《应用声学》上发表的《用传递矩阵法预测单层或多层微孔板的吸声性能》)。拥有多种不同孔径孔的同一块微孔板吸声性能已有实验研究及结果，实验表明:不同孔径微孔板具有拓展吸声带宽的能力，比同一孔径微孔板更具优势，吸收带宽加大，同时不降低吸声系数。
[0012]综上所述，本实用新型的一种基于压电分流阻尼技术的液压管路流体脉动衰减装置集合主、被动控制来提高其抑制脉动的能力。利用主动滤波衰减低频脉动，被动滤波衰减中、高频脉动，将主、被动滤波结合，既可保持液压系统原有的动特性，又可在较宽频带内提高脉动衰减效果。
【附图说明】