CN109141790A - 应用自激振动节能的高压脉冲发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，包括双脉冲增压加力伺服缸和自适应补液回路。所述双脉冲增压加力伺服缸由左右柱塞缸体、一体化柱活塞和活塞缸体构成左右对称布置的两个封闭腔及为柱塞加力的活塞驱动腔；柱塞在两个封闭腔中自激振动，产生高压脉冲。柱塞的动力来自两个封闭腔液体压力能的交换和活塞驱动腔的外加液压力，外加活塞驱动力的作用时间小于活塞运动时间。所述自适应补液回路包含补油液压泵、稳压调压阀和若干只高压阀，补油液压泵能通过高压阀快速向泄漏量大的腔补液，补油压力由稳压调压阀调定。实际应用表明：本发明比现有装置节能50％且满足国家标准对高压疲劳脉冲试验波形的要求。

Description

应用自激振动节能的高压脉冲发生装置

技术领域

本发明涉及高压脉冲疲劳试验中使用的高压脉冲发生装置，是一种应用自激振动中动能与变形能互换原理实现节能的高压脉冲发生装置。

背景技术

现有的各种高压脉冲发生装置，其增压小活塞在增压行程的始终都需要由大活塞提供全部的驱动力。由于全程均需百分之百的驱动力，所以现有的高压脉冲发生装置必须为大活塞腔连续提供大量的高压液体。而这些具有极大压力能的液体在活塞返回行程中全部泄入油箱，液体的压力能和被试件的变形能均变成热能完全浪费了。如图1所示。所以现有的各种高压脉冲发生装置在高压脉冲疲劳试验中浪费的能量极大。

应用自激振动中动能与变形能互换可以在高压脉冲疲劳试验中实现节能，但是自激振动过程中有能量损失存在，如无外加能量补充，自激振动的振幅会不断衰减。同时产生自激振动的左右两封闭腔的泄漏，也会使压力脉冲的振幅衰减。此外，若两个封闭腔泄漏量不相等时，柱塞的振动还会向泄漏量大的腔偏移。这些因素均可导致振动中止。振幅衰减和柱塞偏移是制约将自激振动用于高压脉冲发生装置的难题。现有技术至今无发解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种可在高压脉冲疲劳试验中实际使用的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置。

经仿真和试验，本发明提出了要在高压脉冲发生装置中应用自激振动能量互换原理实现节能必须满足的四个条件：①要在振动柱塞的两边各对称设置一个充满液体的可变容积的封闭腔。②必须通过外力给振动的柱塞及时补加能量，以克服阻尼；外力补能的频率和相位必须与柱塞振动相同。③必须对封闭腔准确补液，以避免泄漏量引起的柱塞偏移。④必须对柱塞振动的位移进行在线检测及控制，以满足国家标准对高压疲劳脉冲试验波形的要求。本发明确认了将自激振动用于高压疲劳脉冲发生装置的技术难题是因阻尼产生的振幅衰减和泄漏量引起的柱塞偏移。本发明提出了解决振幅衰减和柱塞偏移难题的技术方案，设计了实现此技术方案的装置结构和补液回路。

本发明的高压脉冲发生装置包含双脉冲增压加力伺服缸和自适应补液回路。

双脉冲增压加力伺服缸既可实现柱塞动能与液压能互换节能；又可通过液压驱动的外力为柱塞补能加力，保持自激振动初始的柱塞位移振幅和封闭腔压力脉冲振幅不衰减。本发明的双脉冲增压加力伺服缸包含左右柱塞缸体、一体化柱活塞、活塞缸体及耐高压位移传感器。左右柱塞缸体、一体化柱活塞和活塞缸体构成左右对称布置的两个封闭腔及为柱塞加力的活塞驱动腔；每一封闭腔中充满液压油，柱塞在两个封闭腔中自激振动，实现柱塞动能与封闭腔液压油的变形能互换，产生高压脉冲。为了保持脉冲振幅不衰减，本发明在双脉冲增压伺服缸中设置了为柱塞加力的驱动活塞；并且把柱塞与驱动活塞合二而一制成一个零件：一体化柱活塞。

左右柱塞缸体内腔与一体化柱活塞的柱塞端构成左右对称布置的两个封闭腔，活塞缸体和一体化柱活塞的活塞构成为柱塞加力的活塞驱动腔。活塞与柱塞的承压面积比大于1.5，使柱塞端的封闭腔产生增压脉冲。柱塞振动的动力一部分来自两个封闭腔液体压力能的交换，即自激振动的能量转换；另一部分来自活塞驱动腔的外加液压力。本发明的高压脉冲发生装置运行时，处于某封闭腔增压行程加速段的柱塞，除了靠加力活塞的外力驱动外，双脉冲增压加力伺服缸另一封闭腔的高压也提供了驱动力，因而加力活塞的驱动外力可以比现有装置活塞的驱动力小一些。而当柱塞速度升到最大值后，外加的活塞驱动力即可减除，柱塞靠自身高速动能继续前行，利用柱塞动能向压力能的转换，保持该腔高压脉冲的振幅。所以本发明装置，既减小了加力活塞需要提供外力的大小，又缩短了活塞加力的时间，可产生较大的节能效果。同时本发明装置有两个封闭腔，每一封闭腔接一台被试件，可同时对两台被试件进行高压脉冲疲劳试验。这些都是本发明比现有的各种高压脉冲发生装置节能的本质原因。

双脉冲增压加力伺服缸内置的耐高压位移传感器固定于柱塞缸体上，并套入在一体化柱活塞的中心孔中；所述耐高压位移传感器是额定压力50Mpa以上的磁致伸缩位移传感器；耐高压位移传感器用于对柱塞振动的位移进行在线检测及伺服控制。因为柱塞振动的位移与封闭腔液压油的变形成正比，所以控制了柱塞振动的位移就等于控制了封闭腔液压油的压力变化，因此本发明的双脉冲增压加力伺服缸通过控制柱塞振动的位移就可以满足国家标准对高压疲劳脉冲试验波形的要求。

作为实际工业应用的液压装置，必须考虑泄漏的影响。当左右两个封闭腔出现泄漏后，压力脉冲的振幅会衰减；若两个封闭腔泄漏量不同时，柱塞的振动还会向泄漏量大的腔偏移，导致振动中止。为解决此难题，本发明为双脉冲增压加力伺服缸的左右两个封闭腔配置了可依据泄漏量大小自适应补液的高压回路。其原理是：若某封闭腔泄漏量大，柱塞离开该腔对另一腔增压时，该腔的压力将低于预设的压力脉冲的低压限。这时，自适应补液高压回路将自动快速打开向该腔补液的油路，并把该腔的压力补到预设的压力脉冲低压限为至。

自适应补液回路由补油液压泵、稳压调压阀和若干只高压阀组成，补油液压泵的压力由稳压调压阀调定，并等于高压脉冲的低压限；所述高压阀包括开关阀、调压阀、单向阀，单向阀是靠阀前后压差自动快速开启的。补油液压泵的压力油分成两路，每一路均先经过开关阀后经过单向阀，再和该侧封闭腔连通。若某封闭腔泄漏量大，柱塞离开该腔对另一腔增压时，该腔的压力将低于预设的压力脉冲的低压限。这时，单向阀两端的压差将自动快速打开单向阀，补油液压泵向该腔补液，将该腔的压力补到预设的压力脉冲低压限。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明具有柱塞动能与液压能互换而产生的节能效果，可通过外力为柱塞补能加力，避免自激振动中振幅衰减；还可给左右封闭腔自适应补液，修正泄漏引起的柱塞偏移；此外本发明可以同时对2台被试件作疲劳脉冲试验。本发明是一种可工业实用的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置。

附图说明

图1为现有高压脉冲发生装置的原理示意图；其中，(a)为增压行程；(b)为返回行程；

图2为本发明双脉冲增压加力伺服缸实施例结构图；

图3为本发明自适应补液回路实施例组成图；

图4为本发明高压脉冲发生装置实施例结构组成图。

具体实施方式

本发明是一种可在高压脉冲疲劳试验中实际使用的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置。更重要的是，本发明提出了解决振幅衰减和柱塞偏移难题的技术方案。本发明不但具有柱塞动能与液压能互换而产生的节能效果，还可通过外力为柱塞补能加力，避免自激振动中振幅衰减；同时，本发明还可给左右封闭腔自适应补液，修正泄漏引起的柱塞偏移。总之，本发明是一种可工业实用的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置。

本发明的高压脉冲发生装置包含双脉冲增压加力伺服缸和自适应补液回路组成。

本发明双脉冲增压加力伺服缸可制成如图2所示的结构。包含活塞缸体1、活塞2、左柱塞3、右柱塞4、左柱塞缸体5、右柱塞缸体6、左封闭腔7、右封闭腔8、耐高压位移传感器9。其中活塞2、左柱塞3、右柱塞4制成一个零件，称为一体化柱活塞。左柱塞缸体5内腔与一体化柱活塞的左柱塞3、右柱塞缸体6内腔与一体化柱活塞的右柱塞4，分别构成左右对称布置的两个封闭腔7和8；活塞缸体1和一体化柱活塞的活塞2构成为柱塞加力的活塞驱动腔A和B。活塞与柱塞的承压面积比大于1.5，使柱塞端的封闭腔产生增压脉冲。柱塞振动的动力一部分来自两个封闭腔液体压力能的交换，即自激振动的能量转换，另一部分来自活塞驱动腔的外加液压力。本发明高压脉冲发生装置的一体化柱活塞向右运行时，处于右封闭腔8增压行程加速段的右柱塞4，除了靠加力活塞2驱动腔A的外加液压力驱动外，双脉冲增压加力伺服缸左封闭腔7的高压也提供了驱动力，因而加力活塞2的驱动外力可以比现有装置活塞的驱动力小一些。而当柱塞速度升到最大值后，外加的活塞驱动力即可减除，柱塞靠自身高速动能继续前行，利用柱塞动能向压力能的转换，保持右封闭腔8高压脉冲的振幅。一体化柱活塞向左运行时的工况和上述向右时同样，只是左、右对换而已。所以本发明装置，既减小了加力活塞需要提供外力的大小，又缩短了活塞加力的时间，可产生较大的节能效果。这是本发明比现有的各种高压脉冲发生装置节能的本质原因。本发明左、右柱塞缸体5、6和活塞缸体1套装的配合公差保证了三个缸体轴线的同轴度。为实现计算机对柱塞振动位移的控制，本发明的双脉冲增压加力伺服缸中加装了测量柱塞位移的传感器。本发明实施例的加力活塞的承压面积与柱塞承压面积比是3。

双脉冲增压加力伺服缸内置的耐高压位移传感器固定于柱塞缸体上，并套入在一体化柱活塞的中心孔中；所述实施例的耐高压位移传感器是额定压力100Mpa的磁致伸缩位移传感器；耐高压位移传感器用于对柱塞振动的位移进行在线检测及伺服控制。因为柱塞振动的位移与封闭腔液压油的变形成正比，所以控制了柱塞振动的位移就等于控制了封闭腔液压油的压力变化，因此本发明的双脉冲增压加力伺服缸通过控制柱塞振动的位移就可以满足国家标准对高压疲劳脉冲试验波形的要求。

作为实际工业应用的液压装置，必须考虑泄漏的影响。当左右两个封闭腔出现泄漏后，压力脉冲的振幅会衰减；若两个封闭腔泄漏量不同时，柱塞的振动还会向泄漏量大的腔偏移，导致振动中止。为解决此难题，本发明为双脉冲增压加力伺服缸的左右两个封闭腔配置了可依据泄漏量大小自适应补液的回路，图3是自适应补液回路的一种实施例。自适应补液回路由补油液压泵、稳压调压阀和4只高压阀组成。所述高压阀包括开关阀、调压阀、单向阀，单向阀是靠阀前后压差自动快速开启的。自适应补液回路分成两路分别和双脉冲增压加力伺服缸柱塞端的两个封闭腔连通，每一路和封闭腔连通时先经过开关阀再经过单向阀。自适应补液回路中，所述稳压调压阀的调定压力等于高压脉冲的低压限。

自适应补液的原理是：若某封闭腔泄漏量大，柱塞离开该腔对另一腔增压时，该腔的压力将低于预设的压力脉冲的低压限。这时，单向阀两端的压差将自动快速打开单向阀，补油液压泵向该腔补液，将该腔的压力补到预设的压力脉冲低压限。

本发明的高压脉冲发生装置有对称布置的两个封闭腔，每一封闭腔接一台被试件。所述高压脉冲发生装置可同时对2台被试件作疲劳脉冲试验，也可只对1台被试件作疲劳脉冲试验，这时只要将另一封闭腔的接入口封闭即可。

本发明用于高压疲劳脉冲试验的高压脉冲发生装置的一种实施例如图4所示。

本发明在某高压疲劳脉冲试验台上的实际应用表明：产生同样的高压脉冲，当现有高压脉冲发生装置对一台被试件作疲劳脉冲试验耗电40kw时，本发明的高压脉冲发生装置对两台被试件作疲劳脉冲试验仅耗电24kw，具有显著的节能效果。

Claims (9)

1.一种应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，包括双脉冲增压加力伺服缸和自适应补液回路；双脉冲增压加力伺服缸包含左右柱塞缸体、一体化柱活塞、活塞缸体及耐高压位移传感器；所述左右柱塞缸体、一体化柱活塞和活塞缸体构成左右对称布置的两个封闭腔及为柱塞加力的活塞驱动腔；柱塞在两个封闭腔中自激振动，实现动能与液压能互换，产生高压脉冲；双脉冲增压加力伺服缸通过其中液压活塞产生的可控外力为柱塞补能加力，保持自激振动初始的柱塞位移振幅和封闭腔压力脉冲振幅不衰减。

2.根据权利要求1所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，所述一体化柱活塞由自激振动的柱塞与施加可控外力的活塞合二而一，制成一个零件。

3.根据权利要求1所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，所述左、右柱塞缸体分别套装在活塞缸体的两端，两个柱塞缸体和活塞缸体的轴线同轴；左、右柱塞缸体的内腔与一体化柱活塞的柱塞端构成左右对称布置的两个封闭腔，封闭腔内充满液压介质；活塞缸体和一体化柱活塞的活塞构成为柱塞加外力的活塞驱动腔；产生自激振动的两个高压封闭腔和给柱塞加力的两个活塞驱动腔被一体化柱活塞分隔，互不连通。

4.根据权利要求1所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，柱塞振动的动力一部分来自两个封闭腔液体压力能的交换，即自激振动的能量转换；另一部分来自活塞驱动腔的外加液压力，即可控外力。

5.根据权利要求4所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于所述柱塞上外加液压力的作用时间小于柱塞走完全行程的时间。

6.根据权利要求1所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，双脉冲增压加力伺服缸内置的耐高压位移传感器固定于柱塞缸体上，并套入在一体化柱活塞的中心孔中。

7.根据权利要求1所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，所述自适应补液回路包括补油液压泵、稳压调压阀和若干只高压阀组成；所述高压阀包括开关阀、调压阀、单向阀，单向阀是靠阀前后压差自动快速开启的；自适应补液回路补油液压泵的压力由稳压调压阀调定，并等于高压脉冲的低压限；补油液压泵的压力油分成两路，每一路均依次经过开关阀、单向阀后，再和对应侧封闭腔连通。

8.根据权利要求7所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，若某封闭腔泄漏量大，柱塞离开该封闭腔时，该封闭腔的压力将低于预设的高压脉冲的低压限，这时，单向阀两端的压差将自动快速打开单向阀，补油液压泵向该封闭腔补液，将该封闭腔的压力补到预设的压力脉冲低压限。

9.根据权利要求1所述的应用自激振动节能的高压脉冲发生装置，其特征在于，对称布置的两个封闭腔，每一封闭腔接一台被试件。