一种压力自适应气体活塞式蓄能器系统及方法

技术领域

本发明涉及高压脉动控制领域，具体为一种压力自适应气体活塞式蓄能器系统及方法。

技术背景

容积式泵的周期性工作方式决定了其产生流量脉动，在遇到工作负载时产生了压力脉动。压力脉动沿着管道传播，引起管道和液压元器件的振动产生了噪音，影响工作人员的身心健康。严重的流量脉动会影响液压系统工作性能和系统中元器件寿命，甚至会产生严重的安全事故。

在液压系统中并联一个蓄能器是最常用的脉动控制方式，当液压系统压力高于蓄能器内气体压力，气体压缩吸引压力；当液压系统压力低于气体压力时，气体释放补充系统中压力。蓄能器脉动控制效果与其预充气体压力直接相关，预充压力太高无法有效工作，预充压力太低影响蓄能器工作寿命和脉动控制效果也不理想，一般预充气体压力为系统压力的0.6倍压力。在压力时变的工作系统中，普通蓄能器无法达到有效的脉动控制效果。而且在压力较高的系统中，蓄能器充气压力太高需要专门的充气设备，成本昂贵。

发明内容

本发明提出一种压力自适应气体活塞式蓄能器系统及方法，依靠活塞的比例作用放大蓄能器内气体压力对高压脉动进行控制，同时利用减压阀实时调整蓄能器内气体压力以自动适应压力时变的液压回路的脉动控制。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案解决上述问题：

一种压力自适应气体活塞式蓄能器系统及方法，包括上位机、气源、气体比例减压阀、活塞式蓄能器、气体压力传感器、气体安全阀、气体过滤器、气体截止阀、液压高压泵、液压安全阀、液压压力传感器和执行器。所述高压气体从气源流出，依次流经气体过滤器、气体安全阀、气体截止阀、气体比例减压阀、气体压力传感器，最后流入活塞蓄能器气腔内。所述液压高压泵产生具有脉动的高压流体，依次流经液压安全阀、液压压力传感器1、活塞式蓄能器、压力传感器2，最后流经执行器中进行工作。所述上位机采集气体压力传感器、液压压力传感器信号，通过特定的算法控制比例式减压阀调整活塞式蓄能器气腔内气体压力。

上述方案中，液压压力传感器反馈液压回路工作压力和系统压力脉动给上位机，上位机依此计算出活塞式蓄能器所需气体压力，通过气体压力传感器和比例式减压阀对活塞式蓄能器内气压进行调控，液压压力传感器采集经蓄能器控制后的压力脉动信息给上位机进行矫正。

进一步的，根据不同上位机的计算能力，上位机可采用神经网络或者固定算法得出所需的气体压力，神经网络根据原始数据和工作过程中两个液压压力传感器数据进行计算得出最适宜的气体压力数值；固定算法采用公式P

进一步的，活塞式蓄能器内气体压力通过气体压力传感器和比例式减压阀形成负反馈调节，调节算法可采用PID、ADRC、非线性PID和Fuzzy-PID等算法。

为实现活塞式蓄能器气腔内气体调压，所述活塞式蓄能器和气源之间设置气体过滤器、气体安全阀、气体截止阀和高精度气体压力传感器和高精度气体比例减压阀。

进一步的，气源可采用小型空压机和储气罐，工作介质可使用压缩空气和压缩氮气等清洁气体。

上述活塞式蓄能器，由气压活塞、液压活塞、气腔、液腔、密封圈、固定螺栓、上端盖、下端盖组成。液压泵产生具有压力脉动液体流入液腔，推动液压活塞和气压活塞组成的比例活塞运动，通过压缩气腔内高压气体实现液压主回路的脉动控制。根据受力平衡，比例活塞的液压活塞和气体活塞面积比可实现小压力气体对高压流体的脉动控制。

本发明有益效果

本发明利用比例活塞的面积比放大作用， 0-1MPa压力的气体即可实现20-40MPa高压液体的脉动衰减。采用充气气源可以选择普通的小型空压机和储气罐，不需要额外昂贵的10MPa以上的充气装置。

本发明利用压力传感器实时获得液压主回路压力，通过神经网络或者固定算法计算出活塞式蓄能器所需压力数值，利用PID、ADRC等智能调控算法和减压阀气体压力传感器实时对蓄能器气压进行调整，提高了蓄能器对压力时变系统的适应性，加强了其脉动控制效果。

本发明采用采用0-1MPa低压气体代替高压气体进行工作，减小了蓄能器气腔部分对承压和密封要求，有效减小了高压蓄能器制造成本。

附图说明

图1为一种压力自适应气体活塞式蓄能器系统结构示意图。

图2为本发明活塞蓄能器结构示意图。

图3为本发明控制算法结构示意图。

图号标识：1、气源，2、冷却器，3、气体过滤器，4、气动截止阀，5、气体比例调压阀，6、气体压力传感器，7、活塞式蓄能器，8、上位机，9、气体安全阀，10、液压泵，11、液压安全阀，12、液压压力传感器1，13、液压压力传感器2，14、执行器，15、油箱，16、固定螺栓1，17、上端盖，18、气体，19、密封圈1，20、垫片1，21、固定螺母，22、L型夹板，23、液压活塞，24、下端盖，25、液腔，26、气腔，27，气压活塞，28、高压液体。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种压力自适应气体活塞式蓄能器系统及方法，如附图1所示，其包括气源1、冷却器2、气体过滤器3、气动截止阀4、气体比例调压阀5、气体压力传感器6、活塞式蓄能器7、气体安全阀8、液压泵9、液压安全阀10、液压压力传感器11、液压压力传感器12、执行器13、油箱14。

液压主回路如图1所示，液压泵10产生具有压力脉动的压力液体流经安全阀11和压力传感器12，流入活塞式蓄能器7内对脉动控制，流出低脉动的液体经过压力传感器13，流入执行器14中，保证执行器14稳定安全的运行。

气动回路包括气源1、冷却器2、气源1、冷却器2、气体过滤器3、气动截止阀4、气体比例调压阀5、气体压力传感器6、活塞式蓄能器7。气源产生0.8-1MPa经冷却器2冷却和过滤器3过滤后，再有比例减压阀5调整为需求的气压流入活塞式蓄能器7中；气源1可采用小型空压机和储气罐进行供应气体，工作介质可用压缩空气，压缩氮气等气体，气源输出气压在0.8-1MPa。

如图3所示，上位机8从液压压力传感器12获得液压系统主回路工作压力，通过神经网络或固定算法计算出活塞式蓄能器7所需工作气压，固定算法用P

所述液压压力传感器12安装在蓄能器前端，或的液压主回路的工作压力和压力脉动信号，压力传感器13安装在蓄能器后端，采集经过蓄能器脉动衰减后的压力脉动信号传回上位机进行实时矫正，来获得最好的脉动控制效果。

如图2所示，活塞式蓄能器7由固定螺栓16、上端盖17、密封圈19、垫片20、固定螺母21、L型夹板22、液压活塞23、下端盖24、液腔25、气腔26、气体活塞27组成。气体活塞27、液压活塞23和L型夹板22组成比例活塞，气体活塞27面积和液压活塞面积23面积不同，根据受力平衡P

上端盖17和气腔26由固定螺栓16、垫片20和固定螺母21进行固定连接，中间设置有密封圈19进行密封；气体活塞27利用液压活塞23和L型夹板22进行夹住固定，利用固定螺栓16、垫片20和固定螺母21进行预紧；气腔和气体活塞27之间为低压气体18对压力脉动进行缓冲；液压活塞23和液腔25之间为液压主回路流入的高压液体，设置有密封圈19进行密封；液压活塞依靠固定螺栓16固定在下端盖24上，下端盖24用固定螺栓16与气腔26进行固定。

以上结合附图对本发明的实施方式详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。