液压阻容滤波元件的设计及性能实验

　　引言

　　随着液压传动与控制技术的广泛应用,系统对于液压流体的压力稳定和流量稳定要求也越来越高。尤其在一些液压伺服机构或工业机器人中,低脉冲、无噪声、抗干扰的平稳液流被广泛使用。在液压流体产生、传输或执行元件动作中会产生一些附加的压力脉冲,尤其一些高频、大振幅脉冲可能造成系统误动作,引起系统共振,产生噪声甚至损坏整个液压回路。把具有液容性质的储能器结构元件和具有液阻性质的过滤器组合并运用到系统中可以起到稳定液流,实现液压系统的阻容滤波的功能。

　　1 阻容滤波器结构及工作原理

　　图1为所设计液压滤波器的结构图。滤波器的总体结构可分为气囊与滤材两部分。气囊部分具有蓄能器的作用,可以吸收压力脉动,滤材起过滤和整流的作用。在液压阻容滤波系统中气囊和滤材分别起到液容和液阻的作用。

　　在平稳工况下,液流进入滤波器后从输出端流出,气囊压力及流体压力不发生变化,该液压滤波元件只起过滤和稳流的作用。当系统工况发生变化即压力或者流量发生变化时,由于气体的刚性远小于液体的刚性,流体压力的变化会迅速影响到气囊内气体压力和体积变化,从而引起气囊外部流体压力和体积的变化,减小了流体压力变化幅度,达到减振效果。与此同时,减振后的流体进入过滤器,经过滤材的阻尼作用,一方面起到滤除杂质的作用,另一方面根据流体在滤材中的孔隙流动理论,流场经过孔隙流动后将重新分布,其结果是使流场趋向平稳。当液压回路中有冲击时,也同样能达到减小冲击的效果。

　　2 性能实验

　　为了验证所设计液压滤波器的工作性能,设计了2组实验对其性能进行实验测试(滤波器性能实验的液压回路图和测试系统图略)。

　　2.1 压力脉动滤波实验

　　对于同一液压回路,在不同工作压力点其压力波动的幅值是不一样的。在理论上,压力波动的幅度与工作压力点有很大关系,在一定范围内,压力工作点越高,其压力波动值也越大。实验中为了体现在不同工况下压力波动的情况,采用相对值来进行比较。脉动率用符号“v”表示,工作压力点用符号“w”表示,波动幅度为稳态工作时最高压力与最低压力绝对差,用“A”表示。三者关系为用百分数表示。这样就可以对在不同压力工况下系统的压力波动特性进行比较。

　　图2a和图2b所示为非滤波情况下的负载压力和输入压力。图3a和图3b为滤波情况下的负载压力和输入压力。

　　在图中可以明显看出在非滤波情况下负载工作压力为3.3MPa,压力波动幅度为1.5MPa,脉动率为45%;输入端压力为4.1MPa,压力波动幅度为1.1MPa,脉动率为26%。具有滤波系统的液压回路在脉动负载工况下的脉动压力负载的波动幅度为0.55MPa,脉动率为22%;输入端压力变化不大,基本波动幅度为0.2 MPa,脉动率为5.6%。可以看出由于滤波器的存在使系统输入压力脉动明显减小。