波动降低装置的制作方法

专利名称：波动降低装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于降低在传递液压力的管道中的液体的波动或脉动的波动降低装置。
背景技术：
用于降低在液压管道中流动液体的波动的波动降低装置是众所周知的。例如，在日本专利公开号60-40720中就公开了一个适合于降低吸气噪声或声音的装置，该噪声是当二次空气导入机动车的发动机中时产生的。该装置包括一个设置在与排气系统的二次空气供应孔相连通的二次空气通道的单向阀的上游侧，用来消除一定范围内的频率成分的消声器或噪声抑制器，以及一个用来消除除上述频率成分以外的频率成分的辅助消声器。在该辅助消声器中，形成有多个从该二次空气通道的侧壁伸出的其长度是待消除的频率成分的波长的四分之一的闭合管。因此，通过提供与波动中所包含的频率成分相对应的多个闭合管就可以使该波动有效地降低。
在上述的已知装置中，由于理想的噪声消除效果是通过提供多个其长度是待消除的频率成分的四分之一的闭合管而获得的，因而所需要的闭合管的数目将随着待消除的频率成分数目的增加而增加，结果导致了该装置的尺寸和复杂程度的增加。
如果该波动降低装置只由单个闭合管组成，该传输损耗只能在那些1/4波长的共振模频率(该频率例如由闭合管的形状所决定)的奇数倍频率下取得其相对(或局部)最大值，因此就不能有效地降低那些为该共振模频率的偶数倍的谐波。换句话说，由单个闭合管组成的该波动降低装置不能有效地降低波动的主波及其二次、三次和更高次的谐波。
本发明的公开本发明的目的是提供一种能够降低通过一条液压管道流动的液体的波动的小尺寸的波动降低装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于降低通过一条液压管道流动的油的波动的波动降低装置，该装置包括一条从该液压管道分出并且它的一个终端被封闭的闭合管，以及至少一个节流管，该节流管在一个分支位置(该闭合管从该位置分出)与该闭合管的该终端之间把所述闭合管的内部分成多个部分。
附图简介

图1是说明第一实施例的波动降低装置的原理的视图；图2A是显示第一实施例的波动降低装置的整个结构的视图；图2B是显示一根橡胶软管的终端部分的视图；图2C是显示节流部分的横断面图；图3是显示在使用第一实施例的波动降低装置时的传输损耗的设计值和实际测量值的曲线图；图4是说明第二实施例的波动降低装置的原理的视图；图5是显示在使用第二实施例的波动降低装置时的传输损耗的设计值和实际测量值的曲线图；图6是显示在使用第三实施例的波动降低装置时的传输损耗的设计值和实际测量值的曲线图；图7是显示在使用第四实施例的波动降低装置时的传输损耗的设计值和实际测量值的曲线图；图8是显示另一个节流器的实例的视图；图9是显示又一个节流器的实例的视图；图10是说明一部分向支管设置在泵内的实例的视图。
实施本发明的最佳型式第一实施例参看图1至图3，我们将对本发明的第一实施例的波动降低装置进行说明。
图1是用来说明第一实施例的该装置的原理图，图中标号1表示一个液压泵，2表示用来引导从液压泵1排出的液压流体或油的主管道或输送管，3表示从主管道分出的采取橡胶软管形式的侧向支管(闭合管)，5表示一个节流器，例如作为一个标准液压元件的控制阀，以及6表示一个液压油箱。
如图1中所示，侧向支管3在其起始端3a处与主管道2相连接，并且在其远端或末端3d处闭合，从而提供了一个闭合端。一个由金属制成的节流器4设置在侧向支管3的内部，使得该侧向支管通过节流器4而被分成在起始端3a一侧和终端3b一侧的两个部分。
在图1中，L1是从主管道2的轴线或中心到节流器4的下端(在图1中)之间的长度，L2是在节流器4的上端与下端之间的长度，L3是从节流器4的上端到侧向支管3的终端3d之间的长度，“A”是侧向支管3的内孔的横断面积，而“a”是节流器的小孔的横断面积。图中的Pi和Qi分别代表在侧向支管3的起始端3a处产生的压力波动和流量波动，以及P0和Q0分别代表在终端3d处产生的压力波动和流量波动，在这些波动之间建立了由方程式(1)给出的关系。该方程式(1)的右端的第一、第二和第三项分别表示具有长度L1的侧向支管3这部分，具有在其上与下端之间的长度L2的节流器部分4，以及具有长度L3的侧向支管这部分的转移矩阵。在该第二项中的节流器4的转移矩阵是在假定长度L2比波动的波长足够短的情况下被简化了的。P1Q1=cosh{β(s)L1}Z0sinh{β(s)L1}1Z0sinh{β(s)L1}cosh{β(s)L1}×1ρL2ξ0(s)2as01×]]>cosh{β(s)L3}Z0sinH{β(s)L3}1Z0sinh{β(s)L3}cosh{β(s)L3}×P0Q0····(1)]]>式中，β(S)是在该管道中的流体的波传播系数，Zo是该管道的特性阻抗(=ρcξP(S)/A),ρ是该流体的密度，C是在该管道中的流体的声速，ξP(S)是以管道中的流体粘度为基础的阻力的系数，以及ξ0(S)是以节流器中的流体粘度为基础的阻力的系数。
只要Pi和Qi是从上述方程式(1)中获得，并且式中在侧向支管3的终端3d处的流量波动Q0等于零(因为终端3d是一个闭合端)，侧和支管3的阻抗Zs即可由下列方程式(2)给出。Z2=P1Q1=1+[ρL2ξ0(s)2sZ0a+tanh{β(s)L1}]tanh{β(s)L3}tanh{β(s)L1}+[ρL2ξ0(s)2sZ0atanh{β(s)L1}+1]tanh{β(s)L0}Z0····(2)]]>P1,Q1分别代表在侧向支管3被安装成从主管道2分出的情况下，在主管道2的入口3b处产生的压力波动和流量波动，以及P2和P3分别代表在主管道2的出口3C(图1)处产生的压力波动和流量波动，而T代表该转移矩阵，它们之间建立了由下面的方程式(3)表示的关系。P1Q1=T11T12T21T22P2Q2····(3)]]>由于建立了P1=Pi=P2,Q1=Qi+Q2的关系，转移矩阵T的各个系数可以利用从方程式(2)获得的关系Qi=Pi/Zs而被确定为T11=1,T12=0,T21=1/Zs,T22=1。
在侧向支管3与具有特性阻抗Zc的主管道2相连接并从该管道分出的情况下，传输损耗TL可利用转移矩阵T的各个系数由下面的方程式(4)给出。这一方程式(4)从传输工程或声学工程领域的已知方程式推出。TL=20·log[12{|Tu+1ZcT12+ZcT21+Z22|}]····(4)]]>如果把如上所示的转移矩阵T的各个系数代入上面的方程式(4)中，传输损耗TL就可以依据管道的长度L1,L3，横断面积“A”，节流器的长度L2以及横断面积“a”来表示。因此，通过把管道的长度L1,L3，横断面积“A”，节流器的长度L2以及横断面积“a”改变成各种不同的数值，就可以在预定频率下把传输损耗TL调整到相对最大值。
在该第一实施例的波动降低装置中，根据上面示出的方程式(4)和矩阵T的各个系数，通过把管道的长度L1,L3，横断面积“A”，节流器的长度L2以及横断面积“a”调整到给定数值，就可以把该传输损耗调整到在两个确定频率下的相对最大值。换句话说，常规的侧向支管的传输损耗只需要在1/4波长的共振模频率的奇数倍频率下就可以取得其相对最大值，因而在该第一实施例的波动降低装置中，通过根据上述方程式(1)至(4)来确定例如管道长度和侧向支管3的横断面积等参数，传输损耗就可以在确定频率下取得其相对最大值。例如该传输损耗可以在该液压波动的一级和二级频率下，或者在二级与三级频率下通过调整取得其相对最大值。
为了使传输损耗TL在确定频率下相对地(或局部地)达到最大值，管道长度L1,L3，横断面积“A”，节流器长度L2，横断面积“a”以及其它参数可以通过计算机获得，该计算机在改变这些数值的同时，根据上面的方程式(4)所给定的关系进行运算。此外，这些参数还可以在制造有各种试验的侧向支管进行的重复试验中通过实际测量该传输损耗而获得。高精度的侧向支管可以通过把借助于计算机进行的模拟试验和在试验中进行的实际测量相结合而高效率地设计出来。
假定长度L1为770毫米，L3为210毫米，横断面积“A”为283.5平方毫米，在侧向支管中的节流器4的长度L2为52毫米以及横断面积“a”为12.6平方毫米。如果把这些数值代入上述方程式(1)至(4)中，传输损耗的相对最大值出现在f*r.1=230Hz和f*r.2=460Hz处，如在图3中用实线(设计值)所示出的那样。在这种情况下，如果该液压振动(波动或脉动)的固有频率为230Hz，该单个侧向支管3能够在二次谐波以下有效地减少振动。
在第一实施例中，侧向支管3由一根橡胶软管组成。另外，在图3中标出的点“0”表示由上述参数所得到的实际测量值，该值与用实线表示的设计值是有偏差的。该偏差主要是由于橡胶软管的系固或紧固以及在该软管的连接部分的横断面积的减少所引起的。如果在设计侧向支管时考虑到这些方面，该偏差就几乎可以被消除。
在上述第一实施例中，节流器4被设置在侧向支管3的内部，从而使得侧向支管3的阻抗Zs可以相对地减至最小，换句话说，侧向支管3的传输损耗在确定的两个频率下，通过调整由在节流部分4中的流体的惯性效应(ρL2/a)所决定的散射系数(或传输系数)和节流器4的对置端的各管道长度，可以相对地增至最大。因此，仅仅一个侧向支管(闭合管道)就可以提供与该波动的频率分布相适应的理想的波动或振动降低特性。
此外，与包括多个侧向支管的波动降低装置相比较，第一实施例的波动降低装置具有简单的结构，从而保证了可靠性的提高和成本的降低。
图2示出了安装有适用于液压泵降低波动的该第一实施例的波动降低装置的实例。如图2A中所示，从液压泵1排出的油通过主管道(输油软管)2供应到一个控制阀等中。主管道2在其一端与一个设置在液压泵1的出油口上的部件1a相连接，并且作为侧向支管3的橡胶软管31也以其一端与部件1a相连接。如图2B中所示，橡胶软管31的另一端被堵头32所封闭，该堵头又通过螺栓33连接到固定在主机架35上的支架34上。橡胶软管31(或侧向支管)通过在部件1a内部的导管从主管道2分出，使得软管31与主管道2互相连通。标号7表示吸油管道。
如图2c中所示，用金属制成的节流器40插入在橡胶软管31的中间。该节流器40从橡胶软管31的外侧通过紧固圈36而被紧固，从而被固定就位。
第二实施例参看图4和图5，我们将说明根据本发明的第二实施例的波动降低装置。
如图4中所示，两个节流器41和42设置在第二实施例的该装置的一个侧向支管3A内。在图4中，L1是从主管道2的轴线或中心到节流器41的下端(在图4中)之间的长度，L2是在节流器41的上端与下端之间的长度，L3是从节流器41的上端到节流器42的下端(在图4中)之间的长度，L4是在节流器42的上端与下端之间的长度，L5是从节流器42的上端到侧向支管3A的终端3d的长度，“A”是侧向支管3A的内孔的横断面积，“a”是节流器41的小孔的横断面积，以及“b”是节流器42的小孔的横断面积。图中的Pi和Qi分别代表在侧向支管3的起始端3a处的压力波动和流量波动，以及P0和Q0分别代表在终端3d处产生的压力波动和流量波动，在这些波动之间建立了由下面的方程式(5)所给出的关系。P1Q1=cosh{β(s)L1}Z0sinh{β(s)L1}1Z0sinh{β(s)L1}cosh{β}(s)L1}×1ρL2ξ0(s)2as01×]]>cosh{β(s)L3}Z0sinh{β(s)L3}1Z0sinh{β(s)L3}cosh{β(s)L3×1ρL1ξ0(s)2bs01×]]>cosh{β(s)L3Z0sinh{β(s)L4}1Z0sinh{β(s)L4cosh{β(s)L4}×P0Q0····(5)]]>传输损耗TL可以通过以上述方程式(5)为基础所推导出的类似于方程式(4)的一个方程来进行计算。
在长度L1为615毫米，L2为26毫米，L3为186毫米，L4为42毫米，L5为108毫米，横断面积“A”为283.5平方毫米，横断面积“a”为12.6平方毫米以及横断面积“b”为7.1平方毫米的情况下，传输损耗的相对最大值出现在f*r.1=230Hz,f*r.2=460Hz，和f*r.3=690Hz处，如在图5中用实线(设计值)所示出的那样。在这种情况下，如果该液压振动(波动)的固有频率为230Hz，该单个侧向支管3能够有效的降低一次、二次和三次谐波的振动。
在第二实施例中，侧向支管3A由橡胶软管组成。另外，在图5中的点“0”表示实际测量值，这些测量值与在高频区域的设计值是有偏差的，其原因与在第一实施例中给出的原因相同。
第三实施例本实施例将参照图1和图6进行说明。第三实施例使用了钢管形式的侧向支管，用来取代第一实施例的该装置中的橡胶软管。在下文中，与在第一实施例中使用的标号相同的标号用来表示相同构造的零件，对于它们的详细说明将不再提供。
在图1中，假定长度L1为990毫米，L3为250毫米，横断面积“A”为295.6平方毫米，设置在侧向支管内部的节流器4的长度L2为55毫米，以及横断面积“a”为12.6平方毫米，如果把这些数值代入上述方程(1)至(4)中，传输损耗的相对最大值出现在f*r.1=250Hz和f*r.2=500Hz处，如在图6中用实线所示出的那样。
在第三实施例中，在图6中用点“0”表示的传输损耗的实际测量值的分布与设计值非常接近。这是因为钢管在其全长上具有均匀的横断面积，以及建立了与波传播特性有关的高精度数字模型的缘故。在第三实施例中，在液压振动的固有频率为250Hz的情况下，该固有频率成分及其二次谐波成分都可以有效地降低。
第四实施例本实施例将参照图4和图7进行说明。第四实施例使用了钢管形式的侧向支管，用来取代第二实施例的该装置中的橡胶软管。在下文中，与在第二实施例中使用的标号相同的标号用来表示相同构造的零件，对于它们的详细说明将不再提供。
图4中在长度L1为738毫米，L2为30毫米，L3为225毫米，L4为48毫米，L5为134毫米，横断面积“A”为295.6平方毫米，横断面积“a”为12.6平方毫米，以及“b”为7.1平方毫米的情况下，传输损耗的相对最大值出现在f*r.1=250Hz，f*r.2=500Hz和f*r.3=750Hz处，如在图7中用实线(设计值)所示出的那样。
在第四实施例中，在图7中用点“0”表示的传输损耗的实际测量值的分布与设计值非常接近，这是因为第四实施例的侧向支管3A是用具有均匀的横断面积的钢管制成并且对它建立了高精度的数字模型的缘故。在第四实施例中，在液压振动的固有频率为250Hz的情况下，该固有频率成分及其二次和三次谐波成分都可以有效地降低。
虽然与插置在其间的节流器4(41,42)进行串联连接的多个管道是用相同材料(橡胶软管或钢管)制成的，但是该多个管道(软管，管道或管子)也可以用互不相同的材料制成。在这种情况下，对波动降低的频率特性就可以通过改变材料的组合以多种方式进行调整，从而提供了多种波动降低装置，在安装时可以根据所要求的性能和成本从中选择一种合适的装置。
虽然在第一至第四实施例中，单个侧向支管的内部被节流器分成多个部分，但是通过提供一个具有不同直径的管道就可以构成一个闭合的管道，在该管道中插入至少两根导管，从而形成了阻塞型节流器。具有这种结构的波动降低装置可提供类似的效果。
在一个侧向支管内，通过提供三个或更多个节流器(或者通过其他的方法)就可以把四个或更多个管道串联地相连接。在这种情况下，该波动降低频率的相对最大值位置的数目可以随着该侧向支管被分隔开的管路的数目的增加而增加。本发明的波动降低装置可以适用于其他气体或液体，例如空气压力或水压的波动降低。
在上述的第一实施例中，金属制成的节流器40插入在橡胶软管31的中间并且被从橡胶软管31外侧紧固住，如图2C中所示。但是，本发明并不局限于这种结构。节流器的另一个实例示于图8中。在图8中，两个橡胶软管41,42通过一个适配器43相连接，并且一个具有减小的横断面积的流量限制部分43a在适配器43内形成。橡胶软管41、42分别设置有管口或连接器44,45，该连接器可使软管41,42与适配器43相连接。该适配器43设置有O形环46以便于密封。与图2A和图2B相似，橡胶软管41的另一端与部件1a相连接，而橡胶软管42的另一端则通过一个堵头32被封闭并且通过螺栓33连接在固定于主机架35上的支架34上。软管41、42可以用钢管代替。
图9示出了节流器的另一个实例，其中橡胶软管51、52通过一个连接支架53与设置在相应的软管51、52与该支架53之间的适配器54、55相连接，以及一个其直径小于橡胶软管51、52的内径的节流器53a在连接支架53内形成。适配器54、55用螺纹连接在支架53上，以及橡胶软管51、52设置有管口56、57，以便与适配器54、55相连接。连接支架53与该主机架相连接。适配器54、55设置有O形环58以便用于密封。利用这种配置，该侧向支架可以作为一个整体固定在该主机架上。
在第一至第四实施例中，该侧向支架都位于泵的外部。然而应当理解到，本发明并不局限于这种配置。例如，侧向支架的一部分直到节流器的一端所在处的第一节点都可以设置在泵的内部。图10中示出供轴向型旋转斜盘或液压泵使用的这种配置的简图，其中标号61示出了该泵的结构。该泵61包括一个与旋转轴64一起转动的圆筒形部分65，以及一个与该圆筒形部分65的转动相适应的作往复运动的活塞66，该活塞的位置可以通过旋转斜盘67进行控制调整，使得油可以通过一个吸入口62引入，并且可以通过一个排出口63排出。标号68表示一个阀盘。在图10的实例中，一个第一侧向支管70设置在阀盘68的附近，以便从通向排出口63的一条管道69分出。第一侧向支管70从管道69一直延伸到第一侧向支管的出口71。一个流量限制部分72a在其中形成的适配器72(如图8的适配器那样)与第一侧向支管出口71相连接，并且一个第二侧向支管73通过适配器72与泵61的外壁相连接。管口74设置在该第二侧向支管的一端，用来使第二侧向支管73与适配器72相连接。第二侧向支架73的终端由一个与图2B的堵头相类似的堵头所封闭并且被固定在一个机架或其他类似物上。适配器72的节流部分72a的直径小于第一侧向支管70和第二侧向支管73的内径。适配器72设置有O形环72b以便用于密封。如果把该结构与图1中所示的第一实施例相比较，图10的第一侧向支管70与图1的侧向支管3的L1部分相对应，以及图10的第二侧向支管37与图1的侧向支管3的L3部分相对应。
波动频率的变化取决于泵61的转速及其他因素，同时还取决于泵的使用条件。因此，振动频率的降低情况将随着这些因素而变化。当位于泵61内的第一侧向支管70的长度不可能调整或改变时，可以适当地调整连接在泵61的外壁上的适配器72的节流部分的直径以及第二侧向支管73的长度等参数，以便获得在一个确定频率下的波动的降低。因此，通过把第一节流器以下的这部分设置在该泵内部，该泵就可以作为一台普通泵进行生产，因此该普通泵对于安装有波动降低装置的泵的标准化和成本的降低作出了贡献。如同在上述实施例中的情况一样，第一侧向支管70和第二侧向支管73可以是橡胶软管或钢管。
如果该分支位置(该侧向支管从该位置伸出)位于与波动的波腹相对应的位置，波动或脉动就可以以最高的效率降低。因此，把侧向支管放在尽可能靠近阀盘的位置(如同在图10的该实施例中的情况)是非常有效的。但是，如果考虑到波动的波长和其他参数，即使侧向支管设置在泵的外部(如同在图2A的第一实施例中的情况)，该波动降低装置仍会产生一个令人满意的效果。例如，在波动频率为200Hz并且在该管道内的声速为1000米/秒，以及在相邻波腹之间的间隔等于2.5米的情况下，只要侧向支管的分支位置位于距离泵的阀盘几十厘米的范围内，该侧向支管就能提供足够的波动降低的效果。
工业实用性虽然在第一至第四实施例中说明了几个液压泵，但本发明并不必须应用在液压泵中，而是还可以应用在利用液压力的其他致动器中，例如在建筑机械中使用的液压致动器中。换句话说，本发明可以应用于所有其中液压系数受到波动的场合中。
权利要求
1．一种用于降低通过液压管道流动的油的波动的波动降低装置，包括一从该液压管道分出的闭合管，该管在其终端被封闭；以及至少一个节流器，该节流器在所述闭合管从该液压管道分出的分支位置与所述终端之间把所述闭合管的内部分成多个部分。
2．如权利要求1所述的波动降低装置，其特征在于，确定所述闭合管的内径，所述多个部分的每个部分的长度以及所述至少一个节流器的特性，以使得传输损耗至少在该波动的固有频率和二次谐波下取得相对最大值。
3．如权利要求1所述的波动降低装置，其特征在于，所述至少一个节流器由一个节流器组成，所述闭合管被该节流器分成两个部分，以及确定所述闭合管的内径，所述两个部分的每个部分的长度以及所述一个节流器的特性，以使得传输损耗在该波动的固有频率和二次谐波下取得相对最大值。
4．如权利要求1所述的波动降低装置，其特征在于，所述至少一个节流器由两个节流器组成，所述闭合管被该两节流器分成三个部分，以及确定所述闭合管的内径，所述三个部分的每个部分的长度以及所述两个节流器的特性，以使得传输损耗在该波动的固有频率、二次谐波和三次谐波下取得相对最大值。
5．如权利要求1所述的波动降低装置，其特征在于，所述闭合管由一个管组成，以及所述至少一个节流器中的每个节流器由一个构件组成，该构件插入在所述闭合管的内部并且被固定在一个预定的位置。
6．一种用于降低通过液压管道流动的油的波动的波动降低装置，包括从该液压管道分出的闭合管，该管在其一个终端被封闭，其中所述闭合管包括至少两个管和一个连接构件，该连接构件插入在所述至少两个管之间，以提供了阻塞型节流器，并使得传输损耗在多个频率下取得相对最大值，所述连接构件具有与所述闭合管不同的直径。
7．一种能够降低从其中排出的油的波动的液压泵，包括将油导向出油口的主液压管道；闭合管，它从所述主液压管道分出并在其终端被封闭；以及至少一个节流器，该节流器在所述闭合管从所述主液压管道分出的分支位置上与所述闭合管的该终端之间把所述闭合管的内部分成多个部分，其中，至少所述多个部分中的一部分设置在该液压泵内部。
8．如权利要求7所述的液压泵，其特征在于，所述闭合管包括一个设置在该液压泵外部的可更换部分。
全文摘要
本发明涉及一种用于降低通过液压管道流动的油的波动的波动降低装置,该装置包括一条从该液压管道分出的闭合管,该管在其一个终端被封闭,以及至少一个节流器,该节流器在该闭合管从该液压管道分出的分支位置上与该闭合管的该终端之间把该闭合管的内部分成多个部分。
文档编号F04B11/00GK1222957SQ98800418
公开日1999年7月14日 申请日期1998年4月1日 优先权日1997年4月2日
发明者竹下清一郎, 小嶋英一 申请人:日立建机株式会社, 小嶋英一