本发明涉及一种压力脉动衰减器，尤其是涉及一种复合式液压系统广谱流体压力脉动衰减器。
背景技术：
在液压系统的实际工况中，从液压泵出口输出的压力和流量就并非是绝对稳定的，并且由于液压泵的容积变化、元件缺陷等原因，液压泵出口总会以一定的振荡输出压力流体，液压系统中的压力脉动必然会导致流量脉动。压力脉动和流量脉动耦合作用给液压系统带来了难以避免的危害：耦合脉动会引起一些固有频率与脉动频率相同的元件发生共振，这不仅会对这些元件本身造成疲劳损伤，也会引发系统其他元件的振动；与此同时产生的系统噪音还可能危害到工作人员的身体健康。尤其在需要秘密作业的工况下，系统的减振降噪工作更是重中之重。
在液压管路上安装脉动衰减器可以有效地衰减系统压力脉动，有助于控制系统的振动和噪声、提高工作可靠性、延长元件使用寿命等。
技术实现要素：
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种复合式液压系统广谱流体压力脉动衰减器。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括壳体、前端盖、后端盖、小径内管和大径内管，壳体的两端安装有前端盖和后端盖，壳体内的前端盖和后端盖之间固定安装有小径内管、大径内管和流体衰减组件，大径内管同轴地套在小径内管外，前端盖和后端盖端面中心分别开有流体入口和流体出口，小径内管两端分别与流体入口和流体出口连通；小径内管和大径内管的管壁上均开有阻尼孔。
所述的流体衰减组件包括设置在小径内管两端的圆孔筛头、设置在小径内管内的网罩颗粒组件以及设置在小径内管和大径内管之间的一个弹性弦筒。
所述的小径内管两端经各自的圆孔筛头分别与流体入口和流体出口连接，圆孔筛头为两端之间密布开有平行通孔的圆柱件，平行通孔使得小径内管与流体入口、流体出口之间连通。
所述的弹性弦筒主要由两个环形的压电陶瓷和连接在两个压电陶瓷之间沿环形圆周均布的多根平行的弹性弦构成，相邻弹性弦之间具有间隙，每根弹性弦两端经压电陶瓷分别连接到前端盖、后端盖的中心端面上。多根平行的弹性弦分布形成内圈和外圈，各根弹性弦具有不同直径。
多个网罩颗粒组件沿轴向间隔填塞在小径内管内，所述网罩颗粒组件包括网罩和置于网罩内的固体颗粒。小径内管内固定有多处网罩颗粒组件，其内的固体颗粒可有效、大幅地减小流经的压力流体的脉动振幅。
所述的小径内管和大径内管两端均分别顶接在前端盖和后端盖内端的台阶端面上，并与前端盖和后端盖台阶轴面通过o型圈密封连接。
所述的小径内管和大径内管上均沿轴向间隔均布开有四对阻尼孔，每对阻尼孔沿径向对称布置在内管的两侧。
所述的壳体上下对称的两侧分别开有通气孔和通液孔，通气孔和通液孔上均通过组合垫分别密封安装有通气螺塞、通液螺塞。
本发明具有赫姆霍兹谐振器的经典容腔式结构，两根内管上的阻尼孔同时隔绝出多个共振容腔，增大了相同体积下的减振比；内管上的阻尼孔与外腔一起构成赫姆霍兹谐振器。阻尼孔将脉动流体的部分动能转化为热能，以耗散系统的形式衰减脉动能量。由此形成结构谐振。在液压管路与小径内管连接处分别安装圆孔筛头，将脉动流体中不规则运动、相互混掺、轨迹曲折的流体质点引导成规则运动、不相混掺的流体质点，从而大大降低传递速率，达到控制、稳定流体波动的目的。
小径内管外均布不同直径的弹性弦，一根弦相当于一个质量-弹簧共振子系统，子附加系统在共振时产生的反作用力可衰减圧力流体的脉动。一种直径的弹性弦具有一种固有频率，可以衰减一种谐振频率的脉动；多根不同直径的弹性弦相当于多个质量-弹簧子系统的串联，通过弹性弦的被动振动来实现脉动的衰减。同时在脉动衰减器壳体和弹性弦之间设置压电陶瓷，每根弹性弦都与压电陶瓷相接触，可以根据压力流体的脉动压力值调节压电陶瓷两端的电压值，从而改变弹性弦的振动频率，通过弹性弦的主动振动来实现脉动的衰减。由此形成结构谐振和流体谐振的组合。
由此本发明是一个结构谐振和流体谐振两种谐振式衰减器的组合。
本发明的有益效果是：
本发明能以耗散系统和流体质量-弹簧系统组合的形式有效衰减脉动能量，引导流体流动，大大降低传递速率来稳定控制流体波动，有效且大幅地减小流经的压力流体的脉动振幅，形成了结构谐振和流体谐振两种谐振式衰减器的组合本发明将被动衰减法与主动衰减法相结合，不仅极大地拓宽了脉动衰减的频带宽，还实现了本发明的通用化，可将其应用于多种脉动衰减工况下，实现了衰减效果的广谱化和最大化。
附图说明
图1是本发明脉动衰减器的结构示意图。
图中：1.流体入口，2.圆孔筛头，3.弹性弦，4.阻尼孔，5.组合垫，6.通气螺塞，7.壳体，8.大径内管，9.o型圈，11.后端盖，12.拆装孔，13.流体出口，14.小径内管，15.通液螺塞，16.网罩，17.固体颗粒，18.压电陶瓷，19.前端盖。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明包括壳体7、前端盖19、后端盖11、小径内管14和大径内管8，壳体7的两端安装有前端盖19和后端盖11，壳体7内的前端盖19和后端盖11之间固定安装有小径内管14、大径内管8和流体衰减组件，大径内管8同轴地套在小径内管14外，前端盖19和后端盖11端面中心分别开有流体入口1和流体出口13，小径内管14两端分别与流体入口1和流体出口13连通；小径内管14和大径内管8的管壁上均开有阻尼孔4。
小径内管14和大径内管8两端均分别顶接在前端盖19和后端盖11内端的台阶端面上，并与前端盖19和后端盖11台阶轴面通过o型圈9密封连接。壳体7两端部分别与前端盖19、后端盖11的台阶轴面之间也通过o型圈9密封连接。
小径内管14和大径内管8上均沿轴向间隔均布开有四对阻尼孔4，每对阻尼孔4对称布置在内管的两侧。阻尼孔将脉动流体的部分动能转化为热能，以耗散系统的形式衰减脉动能量。
为了增加本发明在实际应用中的结构合理性，在脉动衰减器壳体上设置了通气螺塞、通液螺塞、通气孔和通液孔。具体来说是在壳体7上下对称的两侧分别开有通气孔和通液孔，通气孔和通液孔上均通过组合垫5分别密封安装有通气螺塞6、通液螺塞15，使用组合垫5在通气螺塞6、通液螺塞15与壳体7之间进行密封。通气螺塞用于在该脉动衰减器使用前排出其内部空气，避免空气混入流体介质，发生气蚀现象对元件造成侵蚀等。通液螺塞用于需要时排出脉动衰减器内部流体介质。
具体实施在小径内管14两端设置有圆孔筛头2，本发明通过圆孔筛头2使得对进入流体入口1的流体流向进行导向，同时使得对流出流体出口13的流体流向进行导向。
小径内管14两端经各自的圆孔筛头2分别与流体入口1和流体出口13连接，圆孔筛头2为两端之间密布开有平行通孔的圆柱件，平行通孔使得小径内管14与流体入口1、流体出口13之间连通。
在小径内管14和大径内管8之间设置弹性弦筒，弹性弦筒主要由两个环形的压电陶瓷18和连接在两个压电陶瓷18之间沿环形圆周均布的多根平行的弹性弦3构成，相邻弹性弦3之间具有间隙，每根弹性弦3两端经压电陶瓷18分别连接到前端盖19、后端盖11的中心端面上，具体来说是弹性弦3的端部连接环形的压电陶瓷18的一端，环形的压电陶瓷18另一端与前端盖19、后端盖11端面连接。
压电陶瓷18经电线与外部控制器连接，通过调节压电陶瓷18的电压值来调节弹性弦3的振动频率，使得弹性弦的振动频率与脉动压力流体的脉动频率相一致，从而达到谐振衰减脉动的目的。
具体实施中。弹性弦筒形成了质量-弹簧共振子系统，共振时产生反作用力可衰减圧力流体的脉动。每根弹性弦都与压电陶瓷相接触，通过压电陶瓷调节弹性弦的主动振动进行脉动的衰减仿真实验，仿真实验中用插入损失来衡量脉动衰减效果，实验结果显示：在频率范围600hz～800hz内出现了两个峰值，这两个峰值体现的分别是结构谐振系统和流体谐振系统的作用效果最显著时所对应的频率值的大小。结构谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值超过90db，流体谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值超过60db，流体压力脉动的衰减效果非常明显。并且，本发明有效衰减压力流体脉动的频率范围是0hz～1000hz，因此本发明是广谱的压力脉动衰减器；衰减效果更好的频率范围是400hz～800hz，因此本发明更适用于中高频的液压系统。
在小径内管14内设置网罩颗粒组件，多个网罩颗粒组件沿轴向间隔填塞在小径内管14内，所述网罩颗粒组件包括网罩16和置于网罩16内的固体颗粒17。小径内管14内部固定4处网罩16，其内放入不溶性固体颗粒17(固体颗粒17与流体不相溶)，且固体颗粒17的最小截面积大于网罩16网眼的最大面积，确保固体颗粒17不会漏入流体介质中造成污染。
前端盖19和后端盖11上分别有4个位置对应的拆装螺纹孔12；拆装螺纹孔12具有一定深度，配合使用该脉动衰减器配有的拆装工具，可以保证安全搬运和省力拆装。在实际使用中，本脉动衰减器配有一支拆装工具，用于省力拆装前端盖和后端盖，以及安全搬运脉动衰减器。
具体使用本发明器件时，脉动衰减器的安装位置可视目的消减的脉动源的位置而灵活设置，以靠近目的消减的脉动源为位置设置的基本原则。
例如如果主要用于消减泵源脉动，则将脉动衰减器安装在泵源附近。
例如如果主要用于消减负载端脉动，则将脉动衰减器安装在负载端附近。在不同的液压系统工况下，可通过设计不同直径的小径内管来匹配适应实际的管路尺寸；可通过调整部分现有结构参数，比如改变弹性弦的材料、弹性弦的根数、弹性弦的直径、圆孔筛头的孔数、网罩颗粒的固定位置等，使得脉动衰减效果达到最大化。
针对弹性弦部分结构参数的变化进行了仿真实验，实验结果显示：
随着弹性弦根数的增加，仿真曲线向低频方向移动，衰减能力相对较弱的低频范围缩小；数据显示弹性弦的根数增加8根，曲线向低频方向移动约5hz。结构谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值小幅增大，对应频率基本不变；数据显示弹性的弦根数增加8根，峰值增大2db。流体谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值小幅减小，对应频率基本不变，数据显示弹性弦的根数增加8根，峰值减小3.5db。这使得在合理的弹性弦根数的变化范围内，本发明在中高频范围内对流体压力脉动的衰减能力得到了增强。
随着弹性弦直径的增加，仿真曲线向高频方向移动，更加凸显了本发明在中高频的液压系统中的使用效果会更加显著的特点；数据显示弹性弦的直径增加4mm，曲线向高频方向移动约25db。结构谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值小幅增大，对应频率基本不变；数据显示弹性弦的直径增加4mm，峰值增大2db。流体谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值明显增大，对应频率基本不变，对压力流体的脉动衰减效果显著的频段仍为中高频段；数据显示弹性弦的直径增加4mm，峰值增大8db。
随着弹性弦长度的增加，仿真曲线向低频方向移动，衰减能力相对较弱的低频范围缩小；数据显示弹性弦的长度增加10mm，曲线向低频方向移动约8hz。结构谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值小幅增大，对应频率基本不变；数据显示弹性弦的长度增加10mm，峰值增大2db。流体谐振系统对应的流体压力脉动衰减效果最佳时的插入损失值小幅减小，对应频率基本不变，使得本发明在中高频范围内对流体压力脉动的衰减能力得到了增强；数据显示弹性弦的长度增加10mm，峰值减小2.5db。
本发明具体实施中，将其安装在负载端附近，使用变频电机作为脉动源以调节脉动大小。通过采集安置在本发明流体入口、流体出口的直管路上的12只压力传感器反馈的信息可知：本发明可衰减的流体压力脉动频率范围为200hz～650hz，衰减效果更加显著的频率范围为400～600hz，数据符合仿真实验结果，说明本发明为一款广谱流体脉动衰减器，并且更适用于中高频的液压系统，在此类系统中对压力流体的脉动衰减能力最强。衰减的压力幅值经换算为插入损失后，也与仿真实验结果基本一致，可衰减的分贝范围为1.5db～6.5db。
由此说明本发明能够有效衰减压力流体脉动，具有其突出显著的技术效果。