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蓄能器的歷史回顧及研究現(xiàn)狀

發(fā)布時間:2023-08-19 13:42:05

  17世紀和18世紀是液壓理論發(fā)展的鼎盛時期。形成并成熟于這段時期的流體靜壓傳遞理論、現(xiàn)代流體動力潤滑理論、流體動力學等理論,基本上奠定了現(xiàn)代液壓理論的基礎。而因為實際應用的要求,也出現(xiàn)一些簡單的蓄能器,比如用裝滿水的容器作質(zhì)量塊的重錘式蓄能器。

    第二次世界大戰(zhàn)后期,液壓機械受到青睞,液壓伺服傳動在軍事武器制造業(yè)的應用使液壓傳動和控制技術得以發(fā)展,液壓控制技術、材料密封潤滑技術和自動控制技術的進步也為液壓控制理論的發(fā)展奠定了理論基礎。戰(zhàn)后由于軍事需要而發(fā)展起來的技術逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)民用領域,并開始蓬勃發(fā)展。也就是從這一時期開始,針對成熟液壓控制理論和實用技術的蓄能器理論研究逐步受到重視。出現(xiàn)了一些具有通用性的蓄能器,比如彈簧式蓄能器、更加成熟的重錘式蓄能器和一些簡單的氣體蓄能器。

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    從20世紀70年代開始,研究人員開始重視蓄能器基本理論(諸如參數(shù)選擇公式和頻率計算公式等)的研究,并不斷使其發(fā)展和完善。70年代末期,汽車節(jié)能技術的發(fā)展推動了蓄能器和蓄能器節(jié)能技術的研究,利用蓄能器在液壓系統(tǒng)中節(jié)能的功用開始引起重視。80年代,蓄能器的結(jié)構(gòu)、種類、形式及功用開始多樣化,研制各種類型的蓄能器成為主要研究內(nèi)容。90年代,新型計算機軟、硬件和控制技術的發(fā)展為液壓系統(tǒng)和智能型液壓元件的研究提供了先進的研究工具和研究手段,這為蓄能器的研究提出新的要求。

液壓理論及技術的發(fā)展離不開新型液壓元件的研制和開發(fā)。目前,國內(nèi)外針對蓄能器的研究工作大致有以下幾個方面。

①適應新型液壓系統(tǒng)研究的發(fā)展,技術應用方面的研究開展較多。因為隨著液壓系統(tǒng)向高壓、高速、高精度方向發(fā)展,很多特殊系統(tǒng)不斷出現(xiàn),這些系統(tǒng)對某個方面的要求一般很高,單純依靠改進其他元件不能達到目的,所以需要研制特殊蓄能器作為手段。比如針對吸收脈動,日本的Shini-chi YOKOTA研制了一種新型有源蓄能器,由多級式的PEDPiezo-Electric Device)裝置驅(qū)動,可有效消除由液壓元件引起的高頻脈動(5001000Hz)。又如西安交大的邢科禮等人研制的一種串聯(lián)囊式蓄能器,對頻率為112288Hz的脈動有良好的吸收效果,而且與常規(guī)蓄能器相比,它的衰減頻寬更寬。

②將已有的蓄能器理論和新的分析手段、控制理論等結(jié)合起來,在理論上進行創(chuàng)新,即以現(xiàn)有理論為基礎,采用較先進的研究手段和方法得出更有價值的理論成果。比如,哈工大的陳照第等人運用鍵圖理論分析蓄能器對管路系統(tǒng)壓力沖擊的影響。他們利用鍵圖理論建立了蓄能器的動態(tài)數(shù)學模型,證明了蓄能器對壓力沖擊的抑制作用,針對蓄能器吸收壓力脈動的功用提出了有價值的理論。此方法還可推廣到其他含有蓄能器的液壓系統(tǒng)的動態(tài)分析中去。

③以現(xiàn)有蓄能器理論和液壓系統(tǒng)理論為基礎,結(jié)合不斷出現(xiàn)的新型設計和計算軟件為支撐軟件,開發(fā)用于蓄能器回路輔助設計和計算或測試的軟件。比如Par.ker Hannifin Corp推出的 Sharp EL512計算器,可以幫助用戶進行蓄能器參數(shù)選擇。還有燕山大學的吳曉明等人在對蓄能器及其理論進行充分研究的基礎上,利用“嵌入式”專家系統(tǒng)理論,對蓄能器及其回路軟件進行智能化開發(fā),得到的蓄能器及其回路輔助設計軟件,可以幫助系統(tǒng)設計人員簡便選擇合適的蓄能器。目前對蓄能器的特征測試還缺乏十分有效的方法,直接導致蓄能器的參數(shù)不完善,動態(tài)特性不明確,對蓄能器的最佳工作區(qū)域等屬性認識也比較模糊,這給蓄能器的選型帶來很大的困難,也間接導致了選型的誤差;另外選型系統(tǒng)不能根據(jù)液壓回路的動態(tài)特性來精確確定它,如充氮壓等,也就是說在根本上還沒有解決蓄能器參數(shù)與應用環(huán)境的匹配問題。開發(fā)蓄能器動態(tài)性能測試技術具有重大實用價值。將虛擬儀器技術應用在蓄能器的測試當中,充分發(fā)揮虛擬儀器技術在檢測中的簡便、快速、高效、準確的特點,準確地測試出蓄能器性能動態(tài)參數(shù),使系統(tǒng)適用于蓄能器的性能特點和使用要求。通過對蓄能器的在線、模擬測試可得出不同規(guī)格蓄能器的性能曲線。

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 隨著液壓系統(tǒng)的發(fā)展,系統(tǒng)要求越來越高,現(xiàn)有蓄能器的基礎理論和蓄能器結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足液壓系統(tǒng)和液壓元件研究的發(fā)展。其主要原因是現(xiàn)有蓄能器基本理論大部分是建立在20世紀7080年代,而且是通過經(jīng)驗總結(jié)得到的,所以這些理論很多是經(jīng)驗化的,既不標準也不統(tǒng)一,對系統(tǒng)設計只能起到初步的指導作用,實際的使用還要依靠工作人員不斷調(diào)試選擇。而且現(xiàn)有蓄能器的結(jié)構(gòu)決定了在其安裝到系統(tǒng)上之后就不能根據(jù)系統(tǒng)要求隨動地改變自身參數(shù)以滿足系統(tǒng)的不同需要。這給液壓系統(tǒng)的研究和液壓系統(tǒng)在工程實踐中的應用帶來了障礙。