一种压力波动较小的组合型活塞式蓄能器

摘要

本发明涉及一种压力波动较小的组合型活塞式蓄能器，通过凸轮机构将蓄能器内的液体压力和气体压力相隔离，利用凸轮机构的非线性特性来改变蓄能器内液体的压力变化规律，从而使蓄能器在持续对外进行流量补偿时，蓄能器内部的压力能够稳定在一定范围内。本发明克服了传统蓄能器在阀控液压系统执行频率瞬间变大时由于液压泵流量调节滞后导致的蓄能器内部压力波动剧烈的缺陷，减小了压力波动对液压阀控制的不良影响。

权利要求

1.一种压力波动小的组合型活塞式蓄能器，其特征在于，包括副接口(1)、第二液腔管(2)、主接口(3)、液腔端盖(4)、液腔轴承架(8)、转换凸轮(6)、液腔活塞(7)、蓄能器缸体(12)、气腔活塞(13)、气腔轴承杆(14)、气腔端盖(15)和气嘴(16)；所述液腔活塞(7)和气腔活塞(13)位于蓄能器缸体(12)内部，蓄能器缸体(12)位于转换凸轮(6)内部，液腔端盖(4)和气腔端盖(15)与蓄能器缸体(12)的两端固连，且液腔端盖(4)与蓄能器缸体(12)端面之间进行密封，气腔端盖(15)与蓄能器缸体(12)端面之间进行密封；液腔端盖(4)与转换凸轮(6)端面之间装有推力轴承，气腔端盖(15)与转换凸轮(6)端面之间装有推力轴承，液腔端盖(4)与气腔端盖(15)限制了转换凸轮(6)的相对于蓄能器缸体(12)的轴向运动；

所述液腔轴承架(8)通过螺钉和液腔活塞(7)固定连接，气腔活塞(13)在径向设有通孔，气腔轴承杆(14)从通孔中穿过，蓄能器缸体(12)沿轴线对称开有直槽，液腔轴承架(8)的两端和气腔轴承杆(14)的两端均从直槽中穿出；液腔轴承架(8)两端装有滚针轴承，气腔轴承杆(14)两端装有滚针轴承，滚针轴承位于蓄能器缸体(12)直槽内，滚针轴承同时与转换凸轮(6)的凸轮轮廓相接触；液腔轴承架(8)两端和气腔轴承杆(14)两端都安装螺母来限制滚针轴承的轴向运动；所述第二液腔管(2)和液腔端盖(4)的中心线重合，且为固定连接，第二液腔管(2)和液腔端盖间(4)设有端面密封圈，液腔端盖(4)在中心线上设有导向凸台，液腔活塞在轴线方向上设有延长轴一，延长轴一从液腔端盖(4)的导向凸台中穿过并处于第二液腔管(2)内，延长轴一和导向凸台进行密封，使得第一液腔和第二液腔的压力相互独立；液腔活塞(7)另一端加工有盲孔，盲孔内装有直线轴承，气腔活塞(13)靠近气腔轴承杆(14)的一端设有延长轴二，延长轴二的末端位于直线轴承内；

所述转换凸轮包含有液腔活塞用凸轮轮廓和气腔活塞用凸轮轮廓，每种凸轮轮廓沿轴线对称加工两个；当液压系统向蓄能器充液时，此时第一液腔(20)和第二液腔(17)都连接在供油油路上，通过转换凸轮(6)的旋转压缩气体，同时利用转换凸轮(6)的非线性特性使第一液腔和第二液腔的液体压力保持较小波动；当蓄能器向液压系统供油时，电磁换向阀(25)切换到另一位置，此时第二液腔(17)与油箱相连，通过压缩气体推动转换凸轮(6)反向旋转，同时利用转换凸轮(6)的非线性特性使第一液腔(20)的液体压力保持较小波动。

2.如权利要求1所述的一种压力波动小的组合型活塞式蓄能器，其特征在于，所述液腔端盖(4)侧壁设有通孔，主接口从该通孔中穿出通过管路连接到液压系统中。

说明书

一种压力波动较小的组合型活塞式蓄能器

技术领域

[0001] 本发明属于液压装备领域，涉及一种组合型活塞式蓄能器，特别涉及一种通过凸轮机构非线性特性降低蓄能器工作过程中压力波动的活塞式蓄能器。

背景技术

[0002] 蓄能器在液压系统中起着储存能量和降低压力波动的重要作用。常见的蓄能器主要包括皮囊式蓄能器、活塞式蓄能器和隔膜式蓄能器。目前常规蓄能器的设计理论形成于上世纪六七十年代，但是随着液压机械的发展，该类蓄能器在实际使用中已经不能满足各种特殊需求。针对许多具体的使用场合，人们对蓄能器的整体结构进行了不断的改进。如中国专利CN200910073744.5设计的一种在线改变蓄能器充气压力、容积和工作油液阻尼、进油口阻尼的皮囊式蓄能器，该蓄能器采用液控液压缸控制气腔容积和压力，采用电磁线圈调整磁流变液腔中的磁场大小和采用步进电机控制进油口面积来改变蓄能器阻尼系数，提高了蓄能器的综合性能。如中国专利CN200810038538.6设计的一种复式皮囊液压蓄能器，该专利通过在已有皮囊式蓄能器的皮囊内部增加一个由铜丝换热层包裹的独立小皮囊，提高了蓄能器吸收低频脉动的能力。

[0003] 以上蓄能器的改进都是从吸收系统压力冲击和动态性能角度考虑，但是从压力波动角度来改进蓄能器性能的发明还很少见。蓄能器作为系统中流量回收和补充的关键部件，特别是在液压缸执行速度波动较大的液压系统中，能够弥补液压泵瞬间流量供应不足的缺陷。通常情况下，液压系统的液压泵输出流量满足系统的平均流量，系统瞬时流量和液压泵流量的差值通过蓄能器进行调节补偿。在系统稳定运行时，蓄能器内的压力虽然存在一定的波动，但是压力波动值稳定在一个范围内。此时蓄能器能够稳定发挥流量补偿的作用。但是当液压缸执行频率突然增加时，由于惯性、电流限制等因素存在，液压泵调速过程需要一定的时间，在液压泵流量重新满足新工作频率下系统的平均流量之前，蓄能器会对系统流量需求进行持续补偿，同时蓄能器内的压力会持续下降并且超出稳定波动时的压力范围。在这种情况下，系统短时间内的压力剧烈波动将影响控制阀的准确控制。

发明内容

[0004] 本发明解决的技术问题是：为了解决现有技术的不足，本发明涉及一种压力波动较小的组合型活塞式蓄能器。

[0005] 本发明的技术方案是：一种压力波动较小的组合型活塞式蓄能器，包括副接口、第二液腔管、主接口、液腔端盖、液腔轴承架、转换凸轮、液腔活塞、蓄能器缸体、气腔活塞、气腔轴承杆、气腔端盖和气嘴；所述液腔活塞和气腔活塞位于蓄能器缸体内部，蓄能器缸体位于转换凸轮内部，液腔端盖和气腔端盖与蓄能器缸体的两端固连，且液腔端盖与蓄能器缸体端面之间进行密封，气腔端盖与蓄能器缸体端面之间进行密封；液腔端盖与转换凸轮端面之间装有推力轴承，气腔端盖与转换凸轮端面之间装有推力轴承，液腔端盖与气腔端盖限制了转换凸轮的相对于蓄能器缸体的轴向运动。

[0006] 本发明的进一步技术方案是：所述液腔轴承架通过螺钉和液腔活塞固定连接，气腔活塞在径向设有通孔，气腔轴承杆从通孔中穿过，蓄能器缸体沿轴线对称开有直槽，液腔轴承架的两端和气腔轴承杆的两端均从直槽中穿出；液腔轴承架两端装有滚针轴承，气腔轴承杆两端装有滚针轴承，滚针轴承位于蓄能器缸体直槽内，滚针轴承同时与转换凸轮的凸轮轮廓相接触；液腔轴承架两端和气腔轴承杆两端都安装螺母来限制滚针轴承的轴向运动。

[0007] 本发明的进一步技术方案是：所述第二液腔管和液腔端盖的中心线重合，且为固定连接，第二液腔管和液腔端盖间设有端面密封圈，液腔端盖在中心线上设有导向凸台，液腔活塞在轴线方向上设有延长轴一，延长轴一从液腔端盖的导向凸台中穿过并处于第二液腔管内，延长轴一和导向凸台进行密封，使得第一液腔和第二液腔的压力相互独立；液腔活塞另一端加工有盲孔，盲孔内装有直线轴承，气腔活塞靠近气腔轴承杆的一端设有延长轴二，延长轴二的末端位于直线轴承内。

[0008] 本发明的进一步技术方案是：所述液腔端盖侧壁设有通孔，主接口从该通孔中穿出通过管路连接到液压系统中。

[0009] 发明效果

[0010] 本发明的技术效果在于：通过凸轮机构将蓄能器内的液体压力和气体压力相隔离，利用凸轮机构的非线性特性来改变蓄能器内液体的压力变化规律，从而使蓄能器在持续对外进行流量补偿时，蓄能器内部的压力能够稳定在一定范围内。本发明克服了传统蓄能器在阀控液压系统执行频率瞬间变大时由于液压泵流量调节滞后导致的蓄能器内部压力波动剧烈的缺陷，减小了压力波动对液压阀控制的不良影响。

附图说明

[0011] 图1是本发明整体结构示意图。

[0012] 图2是本发明整体结构的爆炸示意图。

[0013] 图3是本发明隐藏转向凸轮、滚针轴承和螺母后沿中心线的剖视图。

[0014] 图4是本发明连入液压系统中的示意图。

[0015] 1.副接口 2.第二液腔管 3.主接口 4.液腔端盖 5.推力轴承 6.转换凸轮 7.液腔活塞 8.液腔轴承架 9.滚针轴承 10.螺母 11.端面密封圈 12.蓄能器缸体 13.气腔活塞 14.气腔轴承杆 15.气腔端盖 16.气嘴 17.第二液腔 18.延长轴一 19.导向凸台20.第一液腔 21.直线轴承 22.延长轴二 23.直槽 24.位移传感器 25.电磁换向阀26.溢流阀具体实施方式

[0016] 参见图1—图4，本发明的目的在于提供一种压力波动较小的组合型活塞式蓄能器，所述蓄能器包括副接口、第二液腔管、主接口、液腔端盖、推力轴承、端面密封圈、转换凸轮、液腔活塞、滚针轴承、螺母、液腔轴承架、蓄能器缸体、气腔活塞、气腔轴承杆、气腔端盖和气嘴，其中液腔活塞和气腔活塞位于蓄能器缸体内部，两活塞均通过密封圈与蓄能器缸体保持密封，蓄能器缸体位于转换凸轮内部，液腔端盖和气腔端盖通过螺纹与蓄能器缸体的两端相连接，液腔端盖与蓄能器缸体端面之间装有端面密封圈，气腔端盖与蓄能器缸体端面之间装有端面密封圈，液腔端盖与转换凸轮端面之间装有推力轴承，气腔端盖与转换凸轮端面之间装有推力轴承，液腔端盖与气腔端盖限制了转换凸轮的相对于蓄能器缸体的轴向运动。

[0017] 所述液腔轴承架通过螺钉和液腔活塞固定连接，气腔活塞在径向设有通孔，气腔轴承杆从通孔中穿过，蓄能器缸体沿轴线对称开有直槽，液腔轴承架的两端和气腔轴承杆的两端均从直槽中穿出；液腔轴承架两端装有滚针轴承，气腔轴承杆两端装有滚针轴承，滚针轴承位于蓄能器缸体直槽内，滚针轴承同时与转换凸轮的凸轮轮廓相接触；液腔轴承架两端和气腔轴承杆两端都安装螺母来限制滚针轴承的轴向运动。

[0018] 所述第二液腔管和液腔端盖的中心线重合，第二液腔管通过螺钉和液腔端盖固定连接，第二液腔管和液腔端盖间设有端面密封圈，液腔端盖在中心线上设有导向凸台，液腔活塞在轴线方向上设有延长轴一，延长轴一从液腔端盖的导向凸台中穿过并处于第二液腔管内，延长轴一和导向凸台通过密封圈密封，从而确保第一液腔和第二液腔的压力相互独立；液腔活塞另一端加工有盲孔，盲孔内装有直线轴承，气腔活塞靠近气腔轴承杆的一端设有延长轴二，延长轴二的末端位于直线轴承内。

[0019] 所述副接口通过螺纹密封连接在第二液腔管上，主接口通过螺纹密封连接在蓄能器缸体上，气嘴通过螺纹密封连接在气腔端盖上。

[0020] 所述液腔端盖的侧壁设有通孔，主接口从该通孔中穿出通过管路连接到液压系统中。

[0021] 所述转换凸轮包含有液腔活塞用凸轮轮廓和气腔活塞用凸轮轮廓，为了使活塞受力均匀，每种凸轮轮廓沿轴线对称加工两个，凸轮廓线是根据气腔内预充气体压力、预充气体体积、气体压缩规律以及液腔预设压力等参数计算出来。假设蓄能器第一液腔活塞有效横截面积为Af，气腔活塞有效横截面积为Ag,延长轴一有效横截面积为A1，气腔内的预充气体压力为Pg0,预充气体压力为Vg0,活塞摩擦力为f，凸轮的半径为R，蓄能器液腔预设压力Pf,液腔活塞用凸轮轮廓的方程为y1，气腔活塞用凸轮轮廓的方程为y2，凸轮旋转角度为θ，通常情况下方程y1可以设置为恒定斜率的方程y1＝kRθ。从能量角度考虑，在整个蓄能器工作过程中，存储在液腔的能量应该等于存储在气腔的能量，根据能量平衡方程

[0022]

[0023] 在蓄能器快速工作的过程中，气体压缩过程可以看做绝热过程，此时n＝1.4，此时气腔活塞用凸轮轮廓的方程可以解得

[0024]

[0025] 同时，延长轴一有效横截面积A1为

[0026]

[0027] 如图1、图2和图3所示，液腔活塞7和气腔活塞13位于蓄能器缸体12内部，两活塞均通过密封圈与蓄能器缸体12保持密封，蓄能器缸体12位于转换凸轮6内部，液腔端盖4和气腔端盖15通过螺纹与蓄能器缸体12的两端相连接，液腔端盖4与蓄能器缸体12端面之间装有端面密封圈11，气腔端盖15与蓄能器缸体12端面之间装有端面密封圈11，液腔端盖4与转换凸轮6端面之间装有推力轴承5，气腔端盖15与转换凸轮6端面之间装有推力轴承5，液腔端盖4与气腔端盖15限制了转换凸轮6相对于蓄能器缸体12的轴向运动。液腔轴承架8通过螺钉和液腔活塞7固定连接，气腔活塞13在径向设有通孔，气腔轴承杆14从通孔中穿过，蓄能器缸体12沿轴线对称开有直槽22，液腔轴承架8的两端和气腔轴承杆14的两端均从直槽22中穿出；液腔轴承架8两端装有滚针轴承9，气腔轴承杆14两端装有滚针轴承9，滚针轴承9位于蓄能器缸体12的直槽22内，滚针轴承9同时与转换凸轮6的凸轮轮廓相接触；液腔轴承架8两端和气腔轴承杆14两端都安装螺母10来限制滚针轴承9的轴向运动。第二液腔管2通过螺钉和液腔端盖4固定连接，第二液腔管和液腔端盖间设有端面密封圈，液腔端盖4在中心线上设有导向凸台19，液腔活塞7沿轴线方向上设有延长轴一18，延长轴一18从液腔端盖
4的导向凸台19中穿过并处于第二液腔管2内，液腔活塞7另一端加工有盲孔，盲孔内装有直线轴承20，气腔活塞13靠近气腔轴承杆14的一端设有延长轴二21，延长轴二21的末端位于直线轴承20内。副接口1通过螺纹密封连接在第二液腔管2上，主接口3通过螺纹密封连接在蓄能器缸体12上，气嘴16通过螺纹密封连接在气腔端盖15上。液腔端盖4的侧壁设有通孔，主接口3从该通孔中穿出通过管路连接到液压系统中。

[0028] 如图4所示，在液压系统中，本发明的主接口直接接入液压系统的供油油路中，本发明的副接口通过一个电磁换向阀25接入供油油路中，并且电磁换向阀25的另一油路与油箱相连；本发明同时还在液腔轴承架8上连接一个位移传感器24，从而检测蓄能器内部的液体容量。图4中溢流阀26是作为安全阀使用，当本发明蓄能器内已经蓄满液体且泵的供油量大于液压缸所需流量时，溢流阀26打开从而起到安全阀的作用。当液压系统向本发明蓄能器充液时，电磁换向阀25处于图4所示位置，此时第一液腔20和第二液腔17都连接在供油油路上，通过转换凸轮6的旋转压缩气体，同时利用转换凸轮6的非线性特性使第一液腔和第二液腔的液体压力保持较小波动；当本发明蓄能器向液压系统供油时，电磁换向阀25切换到另一位置，此时第二液腔17与油箱相连，通过压缩气体推动转换凸轮6反向旋转，同时利用转换凸轮6的非线性特性使第一液腔20的液体压力保持较小波动。本发明通过电磁换向阀25的切换功能实现了第二液腔17内的压力变化，借助延长轴一18上的压力差来抵消蓄能器活塞往返过程中的摩擦力损耗，从而确保第一液腔20内的压力稳定，实现蓄能器工作过程中压力波动较小的目的。