一种高压活塞式蓄能器,涉及液压辅助元件技术领域,所解决的是提高使用寿命及使用压力的技术问题。该蓄能器包括缸筒,安装在缸筒内的活塞,及分别固定在缸筒两端的油侧连接法兰和气侧连接法兰;所述油侧连接法兰上设有油孔;所述气侧连接法兰上设有充气嘴,所述活塞上沿轴向依次设有一圈导向带沟槽、一圈储油槽、一圈密封沟槽、一圈储气槽、一圈导向带沟槽,且在两个导向带沟槽中均设有导向带,在密封沟槽中设有组合密封件;活塞的两端各设有一单向阀,其中一个单向阀的进口连通活塞柱面的储油槽,该单向阀的出口连通油腔,另一个单向阀的进口连通活塞柱面的储气槽,该单向阀的出口连通气腔。本发明提供的蓄能器,有效避免气体渗入油液。
目前,国内外针对蓄能器的研究工作大致有以下几个方面。
①适应新型液压系统研究的发展,技术应用方面的研究开展较多。因为随着液压系统向高压、高速、高精度方向发展,很多特殊系统不断出现,这些系统对某个方面的要求一般很高,单纯依靠改进其他元件不能达到目的,所以需要研制特殊蓄能器作为手段。比如针对吸收脉动,目本的Shini-chi YOKOTA研制了一种新型有源蓄能器,由多级式的PED(Piezo-Electric Device)装置驱动,可有效消除由液压元件引起的高频脉动(500~1000Hz)。又如西安交大的邢科礼等人研制的一种串联囊式蓄能器,对频率为112~288Hz的脉动有良好的吸收效果,而且与常规蓄能器相比,它的衰减频宽更宽。
②将已有的蓄能器理论和新的分析手段、控制理论等结合起来,在理论上进行创新,即以现有理论为基础,采用较先进的研究手段和方法得出更有价值的理论成果。比如,哈工大的陈照第等人运用键图理论分析蓄能器对管路系统压力冲击的影响。他们利用键图理论建立了蓄能器的动态数学模型,证明了蓄能器对压力冲击的抑制作用,针对蓄能器吸收压力脉动的功用提出了有价值的理论。此方法还可推广到其他含有蓄能器的液压系统的动态分析中去。
③以现有蓄能器理论和液压系统理论为基础,结合不断出现的新型设计和计算软件为支撑软件,开发用于蓄能器回路辅助设计和计算或测试的软件。比如Par.ker Hannifin Corp推出的Sharp EL512计算器,可以帮助用户进行蓄能器参数选择。还有燕山大学的吴晓明等人在对蓄能器及其理论进行充分研究的基础上,利用“嵌入式”专家系统理论,对蓄能器及其回路软件进行智能化开发,得到的蓄能器及其回路辅助设计软件,可以邦助系统设计人员简便选择合适的蓄能器。目前对蓄能器的特征测试还缺乏十分有效有方法,直接导致蓄能器的参数不完善,动态特性不明确,对蓄能器的最佳工作区域等属性认识也比较模糊,这给蓄能器的选型带来很大的困难,也间接导致了选型的误差;另外选型系统不能根据液压回路的动态特性来精确确定它,如充氮压力等,也就是说在根本上还没有解决蓄能器参数与应用环境的匹配问题。开发蓄能器动态性能测试技术具有重大实用价值。将虚拟仪器技术应用在蓄能器的测试当中,充分发挥虚拟仪器技术在检测中的简便、快速、高效、准确的特点,准确地测试出蓄能器性能动态参数,使系统适用于蓄能器的性能特点和使用要求。通过对蓄能器的在线、模拟测试可得出不同规格蓄能器的性能曲线。
随着液压系统的发展,系统要求越来越高,现有蓄能器的基础理论和蓄能器结构已经不能满足液压系统和液压元件研究的发展。其主要原因是现有蓄能器基本理论大部分是建立在20世纪70~80年代,而且是通过经验总结得到的,所以这些理论很多是经验化的,既不标准也不统一,对系统设计只能起到初步的指导作用,实际的使用还要依靠工作人员不断调试选择。而且现有蓄能器的结构决定了在其安装到系统上之后就不能根据系统要求随动地改变自身参数以满足系统的不同需要。这给液压系统的研究和液压系统在工程实践中的应用带来了障碍
特点
气液直接接触式蓄能器充入惰性气体。优点是容量大、反应灵敏,运动部分惯性小,没有机械磨损。但是因为气液直接接触,尺寸小,充气压力有限;密封困难,气液相混的可能性大。所以这种蓄能器气体消耗量较大,元件易汽蚀,容积利用率低。附属设备多,投资大。
活塞式蓄能器利用活塞将气体和液体隔开,活塞和筒状蓄能器内壁之间有密封,所以油不易氧化。这种蓄能器寿命长、重量轻、安装容易、结构简单、维护方便,但是反应灵敏性差,不适于低压吸收脉动。
隔膜式蓄能器是两个半球形壳体扣在一起,两个半球之间夹着一张橡胶薄膜,将油和气分开。其重量和容积比最小,反应灵敏,低压消除脉动效果显著。隔膜式蓄能器橡胶薄膜面积较小,气体膨胀受到限制,所以充气压力有限,容量小。
功用
蓄能器的功能主要分为存储能量、吸收液压冲击、消除脉动和回收能量四大类。
第一类:存储能量
这一类功用在实际使用中又可细分为:①作辅助动力源,减小装机容量;②补偿泄漏;③作热膨胀补偿;④作紧急动力源;⑤构成恒压油源。
以上五种功能原理基本相同,都主要应用蓄能器能够较大量存储能量的功能。其主要区别是参数选择不同,采用不同的参数选择公式就可以实现所需功能,满足所需要求。
第二类:吸收液压冲击
换向阀突然换向、执行元件运动的突然停止都会在液压系统中产生压力冲击,使系统压力在短时间内快速升高,造成仪表、元件和密封装置的损坏,并产生振动和噪声。为保证吸收效果,蓄能器应设置在冲击点附近,所以蓄能器一般装设在控制阀或液压缸等冲击源之前,可以很好地吸收和缓冲液压冲击。
第三类:消除脉动、降低噪声
对于采用柱塞泵且其柱塞数较少的液压系统,泵流量周期变化使系统产生振动。装设蓄能器,可以大量吸收脉动压力和流量中的能量,在流量脉动的一个周期内。瞬时流量高于平均流量的部分油液被蓄能器吸收,低于平均流量部分由蓄能器补充,这就吸收了脉动中的能量,降低了脉动,减小了对敏感仪器和设备的损坏程茺。
第四类:回收能量
用蓄能器回收能量是目前研究较多的一个领域。能量回收可以提高能量利用率,是节能的一个重要途径。蓄能器因为可以暂存能量,所以可以用来回收多种功能、位置势能。这方面的主要研究有:①回收车辆制动能量;②回收工程机械动臂机构位能;③回收液压挖掘机转台制动能量;④回收石油修井机及钻机管下落重力势能;⑤回收电梯下行重力势能。