基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，包括轴向柱塞泵和衰减器。轴向柱塞泵包括进油口、出油口，以及连接至进油口和出油口之间的奇数个液压腔和与每个液压腔相配合的柱塞，用于通过柱塞和液压腔的相对位置变化来产生动能输出。衰减器并联在轴向柱塞泵的进油口和出油口之间，用于至少部分地消除轴向柱塞泵在吸油和排油时产生的液体脉动。采用本发明的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，可以通过衰减器对轴向柱塞泵吸油和排油时产生的脉动进行缓冲，从而使得整个液压系统的工作更加稳定可靠。
【专利说明】基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种液压系统，特别是一种基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统。
【背景技术】
[0002]液压系统以其功率密度大及抗负载刚性大等优点，在航空、航天、船舶等许多重要工业部门已得到了非常广泛的应用。随着液压系统向高速、高压、大功率方向发展，液压能源管路系统的振动与噪声问题日趋严重，已经成为制约液压系统向高压、低噪声方向发展的瓶颈。
[0003]目前，液压系统大多采用轴向柱塞泵来提供液压能源，因为轴向柱塞泵具有输出压力高、工作效率高和可靠性高等优点。然而，轴向柱塞泵由于其自身的结构和工作原理必然会产生流体脉动。由于泵内部和管路系统中不可避免的存在液阻，流体脉动又会引起压力脉动。压力脉动对液压能源管路系统的危害，通常以流固耦合振动的形式表现出来，即压力脉动产生管道振动，管道振动反过来又影响压力脉动。这种由于流固耦合产生的管道振动，易于使管道系统产生疲劳破坏和辐射噪声。因此，液压流体脉动是液压能源管路系统结构振动和辐射噪声的根本成因。
[0004]液压流体脉动引起的管路振动与噪声问题对于各种应用场合中的液压能源管路系统的性能和可靠性都带来了不利的影响，主要表现如下:
[0005](1)液压流体脉动对飞机液压系统所造成的破坏性后果的严重程度尤为突出。由于飞机对重量要求非常高，液压管壁较薄，同时泵源转速高，振动频率高，而飞机结构相对轻薄，管夹支撑刚度较低，共振强烈。根据相关统计，至今所报道的飞机液压系统的失效中大约一半是源自流体脉动引起的液压管路破坏。上世纪80年代初，我国歼-81战斗机试飞时由于流体脉动引起液压出口导管断裂，起飞后整架飞机被烧毁；90年代中期，我国某型战斗机在空中飞行时，由于流体脉动引起管路谐振使管路支撑和油滤前导管断裂，造成液压系统失效；31！-27战斗机也发生过液压能源系统管路支撑失效、管路破裂的事故。
[0006](2)对于船舶液压系统来说，流体脉动产生的振动与噪声不仅影响系统工作性能，而且对于某些军用舰艇来说，流体脉动产生的噪声对其声隐身性具有较大的负面影响，直接影响到声纳的作用距离和隐身效果，关系到军用舰船或潜艇的生命力和战斗力。
[0007](3)对于高精度、高频响的电液伺服系统来说，液压管路内的流体脉动对电液伺服系统的精确控制性能有很大影响，如低速特性和平滑性等。
[0008]由于轴向柱塞泵的固有结构和工作原理，其吸油过程同样存在着不连续性，这种不连续性就造成了液压能源管路系统的吸油管内也存在着流体脉动，它所引起管路振动与辐射噪声问题同样不可忽略。因此，对液压系统吸排油管路中的流体脉动进行同时抑制，具有非常重要的现实意义。然而，目前存在的流体脉动衰减器都是孤立地针对一条液压管路(排油管或吸油管)进行流体脉动的被动控制。如果想要同时抑制吸油管和排油管中的流体脉动，需要在吸排油管路上分别安装流体脉动衰减器，这无疑增加了系统的复杂性。
【发明内容】
[0009]在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
[0010]本发明的一个主要目的在于提供一种基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，可以消除轴向柱塞泵吸油和排油时的流体脉动。
[0011]根据本发明的一个方面，一种基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，包括轴向柱塞泵和衰减器；
[0012]其中:
[0013]所述轴向柱塞泵包括进油口、出油口，以及连接至所述进油口和出油口之间的奇数个液压腔和与每个所述液压腔相配合的柱塞，用于通过所述柱塞和所述液压腔的相对位置变化来产生动能输出；
[0014]所述衰减器并联在所述轴向柱塞泵的进油口和出油口之间，用于至少部分地消除所述轴向柱塞泵在吸油和排油时产生的液体脉动。
[0015]采用本发明的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，可以通过衰减器对轴向柱塞泵吸油和排油时产生的脉动进行缓冲，从而使得整个液压系统的工作更加稳定可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图标记来表示。
[0017]图1为本发明的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统的一种实施方式的结构图；
[0018]图2为本发明的轴向柱塞泵的一种实施方式的结构图；
[0019]图3为图2的左视图；
[0020]图4为本发明的衰减器的一种实施方式的结构图；
[0021]图5a为轴向柱塞泵的排油流量脉动-时间曲线图；
[0022]图5b为轴向柱塞泵的吸油流量脉动-时间曲线图。
【具体实施方式】
[0023]下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。
[0024]参见图1所示，为本发明的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统的一种实施方式的结构图。
[0025]在本实施方式中，基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统包括轴向柱塞泵20和衰减器10。
[0026]其中，如图2和图3所示，轴向柱塞泵20包括进油口 28、出油口 29，以及连接至进油口 28和出油口 29之间的奇数个液压腔(例如，如图3所示的九个液压腔1-9)和与每个液压腔相配合的柱塞22，用于通过柱塞22和液压腔1-9的相对位置变化来产生动能输出。
[0027]衰减器10并联在轴向柱塞泵20的进油口 28和出油口 29之间，用于至少部分地消除轴向柱塞泵20在吸油和排油时产生的液体脉动。
[0028]本实施方式中的轴向柱塞泵20可以采用现有技术中通用的轴向柱塞泵。例如，轴向柱塞泵20除以上描述的各部件之外，还包括缸体21、配流盘23、壳体24、滑靴25、斜盘26和驱动轴27。
[0029]由于轴向柱塞泵20包含奇数个液压腔，该轴向柱塞泵20在工作过程中的吸油流量和排油流量同时达到最大值和最小值。
[0030]以轴向柱塞泵20有九个柱塞1-9为例(参见图5a的轴向柱塞泵的吸油流量脉动-时间曲线图和图5b的轴向柱塞泵的排油流量脉动-时间曲线图)。
[0031]根据如图3所示的柱塞在配流盘平面内的位置分布关系可知，当排油区的第一个柱塞(柱塞I)位于TDC位置时，吸油区的第一个柱塞(柱塞6)已经相对于BDC旋转了20°。考虑到这一几何特征，将轴向柱塞泵20的排油流量脉动和吸油流量脉动绘制在同一时间轴上，如图5a、图5b所示。
[0032]从图5a和图5b可以看出，闭式轴向柱塞泵的排油流量因倒灌流量出现波谷时(如图5a所示的Tl)，吸油流量正好处于因几何流量引起的波谷处(如图5b所示的T2);而当轴向柱塞泵的排油流量因几何流量出现波峰时(如图5a所示的P1)，吸油流量正好处于因倒灌流量引起的波峰处(如图5b所示的P2)。这是由于图3所示的位置关系所决定的，因为柱塞泵转过20°所需时间是柱塞泵(9柱塞)流量脉动周期的一半。因此，可以认为吸排油流量脉动的相位相同。
[0033]当轴向柱塞泵20工作时，液体进入和排出轴向柱塞泵20的同时也进入与之并联的衰减器10中，进而可以分流一部分液体，从而减小整个基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统中的流体脉动。
[0034]作为一种实施方式，参见图4所示，衰减器10可以包括平行放置的第一衰减模块11和第二衰减模块12。
[0035]第一衰减模块11可以包括设有第一进液口的第一腔体111和位于第一腔体111中的第一缓冲组件，第一进液口连接至轴向柱塞泵20的进油口 28。
[0036]第二衰减模块12可以包括设有第二进液口的第二腔体121和位于第二腔体121中的第二缓冲组件，第二进液口连接至轴向柱塞泵20的出油口 29。
[0037]在一种实施方式中，第一缓冲组件包括第一档板la、第一质量块Ib和第一弹性体Ic0
[0038]第一弹性体Ic的第一端固定至第一腔体111上的与第一进液口相对的另一端，第一弹性体Ic的第二端与第一质量块Ib的第一侧固连；第一质量块Ib的与第一侧相对的另一侧与第一档板Ia固连；第一档板Ia垂直于第一进液口的进液方向,用于在由第一进液口进入第一腔体111的液体压力与第一弹性体Ic弹力的合力作用下运动。
[0039]第二缓冲组件122包括第二档板2a、第二质量块2b和第二弹性体2c。
[0040]第二弹性体2c的第二端固定至第二腔体上121的与第二进液口相对的另一端，第二弹性体2c的第二端与第二质量块2b的第一侧固连；第二质量块2b的与第一侧相对的另一侧与第二档板2a固连。第二档板2a垂直于第二进液口的进液方向，用于在由第二进液口进入第二腔体121的液体压力与第二弹性体2c弹力的合力作用下运动。
[0041]例如，当吸油流量与排油流量同时达到波峰时，液体同时进入与轴向柱塞泵20进油口 28连接的第一进液口和与轴向柱塞泵20出油口 29连接的第二进液口时，之前形成的第一质量块Ib和第二质量块2b的平衡位置被打破，第一档板Ia在第一弹性体Ic与进入第一进液口的液体的压力的合力作用下，带动第一质量块Ib向上运动。与此同时，第二档板2a在第二弹性体2c与进入第二进液口的液体的压力的合力作用下，带动第二质量块2b向下运动。这样一来，即可对基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统中的液体脉动起到缓冲的作用。
[0042]在一种优选方式中，衰减器还可以包括同步装置。同步装置与第一质量块Ib和第二质量块2b分别连接，用于使得第一质量块Ib相对于第一进液口的第一位移与第二质量块2b相对于第二进液口的第二位移同步变化。
[0043]由于在本发明的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统中，柱塞泵的吸排油流量脉动的相位相同。当吸油流量达到峰值时，排油流量也同步达到峰值。因此，设置同步装置，可以使得第一质量块Ib相对于第一进液口的第一位移与第二质量块2b相对于第二进液口的第二位移同步变化，从而使得进入第一进液口的液体量与进入第二进液口的液体量相等，进而同步缓冲吸油流量和排油流量。
[0044]在一种实施方式中，同步装置可以包括连杆23和铰链24。连杆23的两端分别与第一质量块Ib与第二质量块2b相连，且连杆23的中心与铰链固连。
[0045]这样一来，由于连杆的长度有限，可以对第一质量块Ib和第二质量块2b的运动行程起到限位作用，以避免在极端情况下，第一质量块Ib或第二质量块2b运动行程过大对第一衰减模块11或第二衰减模块12造成的损坏。
[0046]在一种实施方式中，第一腔体111与第二腔体121的体积相等。第一弹性体Ic和第二弹性体2c可以包括弹簧或者其他任意可以提供弹力的装置。
[0047]本实施方式的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统还可以包括液压源Qcp、吸油管30和排油管40。
[0048]吸油管30连接在液压源Qcp和轴向柱塞泵20的进油口之间，用于在轴向柱塞泵20吸油时，使得液压源中的油经由吸油管30输送至轴向柱塞泵的各液压腔1-9中。
[0049]排油管40连接在液压源Qcp和轴向柱塞泵20的出油口之间，用于在轴向柱塞泵20排油时，使得轴向柱塞泵20的各液压腔1-9中的油经由排油管回流至液压源Qcp中。
[0050]例如，在基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统工作时，在外接电机M的带动下，各活塞22在液压腔1-9中往复运动，使得液体从液压源中抽吸出来经吸油管30进入轴向柱塞泵的进油口 28，然后再由出油口 29经排油管40排出，从而带动负载Ql的运转。通过负载Ql之后的液体再回流至液压源Qcp中。
[0051]在一种实施方式中，图1中的箭头方向代表了基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统中液体的流向。
[0052]作为一种优选方案，基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统还可以包括溢流阀50。
[0053]溢流阀与液压源Qcp连接，用于在基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统管路中的液压超过预定值时，将基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统管路中多余的液体排出到油箱60中。这样一来，可以保证本基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统的安全性。
[0054]采用本发明的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，由于衰减器10可以部分的消除轴向柱塞泵20工作时所产生的流量脉动，使得整个基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统工作更加稳定可靠。
[0055]在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
[0056]应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
[0057]虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。
【权利要求】
1.一种基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于，包括轴向柱塞泵和衰减器； 其中: 所述轴向柱塞泵包括进油口、出油口，以及连接在所述进油口和出油口之间的奇数个液压腔和与每个所述液压腔相配合的柱塞，用于通过所述柱塞和所述液压腔的相对位置变化来产生动能输出； 所述衰减器并联在所述轴向柱塞泵的进油口和出油口之间，用于至少部分地消除所述轴向柱塞泵在吸油和排油时产生的液体脉动。
2.根据权利要求1所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于，所述衰减器包括平行放置的第一衰减模块和第二衰减模块； 所述第一衰减模块包括设有第一进液口的第一腔体和位于所述第一腔体中的第一缓冲组件，所述第一进液口连接至所述轴向柱塞泵的进油口 ； 所述第二衰减模块包括设有第二进液口的第二腔体和位于所述第二腔体中的第二缓冲组件，所述第二进液口连接至所述轴向柱塞泵的出油口。
3.根据权利要求2所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于: 所述第一缓冲组件包括第一档板、第一质量块和第一弹性体； 所述第一弹性体的第一端固定至第一腔体上的与第一进液口相对的另一端，所述第一弹性体的第二端与所述第一质量块的第一侧固连；所述第一质量块的与所述第一侧相对的另一侧与所述第一档板固连；所述第一档板垂直于所述第一进液口的进液方向，用于在由第一进液口进入第一腔体的液体压力与第一弹性体弹力的合力作用下运动； 所述第二缓冲组件包括第二档板、第二质量块和第二弹性体； 所述第二弹性体的第二端固定至第二腔体上的与第二进液口相对的另一端，所述第二弹性体的第二端与所述第二质量块的第一侧固连；所述第二质量块的与所述第一侧相对的另一侧与所述第二档板固连；所述第二档板垂直于所述第二进液口的进液方向，用于在由第二进液口进入第二腔体的液体压力与第二弹性体弹力的合力作用下运动。
4.根据权利要求3所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于，还包括同步装置； 所述同步装置与所述第一质量块和所述第二质量块分别连接，用于使得所述第一质量块相对于所述第一进液口的第一位移与所述第二质量块相对于所述第二进液口的第二位移同步变化。
5.根据权利要求4所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于: 所述同步装置包括连杆和铰链； 所述连杆的两端分别与所述第一质量块与所述第二质量块相连，且所述连杆的中心与所述铰链固连。
6.根据权利要求2所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于: 所述第一腔体与所述第二腔体的体积相等。
7.根据权利要求2-6任意一项所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于，所述第一弹性体和所述第二弹性体包括弹簧。
8.根据权利要求7所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于，还包括液压源、吸油管和排油管； 所述吸油管连接在所述液压源和所述轴向柱塞泵的进油口之间，用于在所述轴向柱塞泵吸油时，使得液压源中的油经由所述吸油管输送至所述轴向柱塞泵的各液压腔中； 所述排油管连接在所述液压源和所述轴向柱塞泵的出油口之间，用于在所述轴向柱塞泵排油时，使得所述轴向柱塞泵的各液压腔中的油经由所述排油管回流至所述液压源中。
9.根据权利要求8所述的基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统，其特征在于: 还包括溢流阀； 所述溢流阀与所述液压源连接，用于在所述基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统管路中的液压超过预定值时，排出所述基于奇数柱塞泵的低脉动泵源系统管路中多余的液体。
【文档编号】F04B53/00GK104343673SQ201410513561
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】尚耀星, 汤洪, 焦宗夏, 官长斌 申请人:北京航空航天大学