活塞式蓄能器的历史和现状

17世纪和18世纪是水力学理论发展的鼎盛时期。这一时期形成和成熟的静水压力传递理论、现代流体动力润滑理论和流体动力理论,基本奠定了现代液压理论的基础。因为实际应用的需要,也有一些简单的蓄能器,比如以盛满水的容器为质量块的重锤蓄能器。

二战后期,水力机械备受青睐。液压伺服驱动在军事武器制造业中的应用推动了液压传动与控制技术的发展。液压控制技术、材料密封润滑技术和自动控制技术的进步也为液压控制理论的发展奠定了理论基础。战后,为军事需要而开发的技术逐渐转向工业和民用领域,并开始蓬勃发展。也就是说,从这个时期开始,对于成熟的液压控制理论和实用技术的蓄能器的理论研究越来越受到重视。有一些通用的蓄能器,比如弹簧蓄能器,比较成熟的重锤蓄能器,还有一些简单的气体蓄能器。

自20世纪70年代以来,研究者开始重视对蓄能器基础理论(如参数选择公式、频率计算公式)的研究,并不断发展和完善。20世纪70年代末,汽车节能技术的发展推动了蓄能器和蓄能器节能技术的研究,蓄能器在液压系统中的节能作用开始引起人们的关注。20世纪80年代,蓄能器的结构、类型、形式和功能开始多样化,各种类型蓄能器的开发成为主要研究内容。20世纪90年代,新的计算机软件、硬件和控制技术的发展为液压系统和智能液压元件的研究提供了先进的研究工具和手段,对蓄能器的研究提出了新的要求。

液压理论和技术的发展离不开新型液压元件的研究和开发。目前,国内外对蓄能器的研究工作有以下几个方面。

①适应新型液压系统研究的发展,有许多技术应用方面的研究。因为随着液压系统向高压、高速、高精度方向发展,许多特殊系统不断出现。这些系统一般对某一方面的要求很高,不能简单地通过改进其他部件来达到目的,所以需要开发特殊的蓄能器作为手段。例如,为了吸收脉动,新一池横田公司开发了一种新型主动蓄能器,它由多级ped(压电装置)装置驱动,能有效消除液压元件引起的高频脉动(500 ~ 1000 Hz)。又如安交通大学邢克立研制的系列气囊式蓄能器,对频率为112 ~ 288 Hz的脉动有很好的吸收效果,其衰减带宽比常规蓄能器更宽。

②将现有的累加器理论与新的分析手段和控制理论相结合,在理论上有所创新,即在现有理论的基础上,采用更先进的研究手段和方法,获得更有价值的理论成果。如哈工大的陈招娣等人用键合图理论分析了蓄能器对管路系统压力冲击的影响。他们利用键合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,为蓄能器吸收压力脉动的功能提出了有价值的理论。该方法也可推广到其它带蓄能器的液压系统的动态分析。

(3)基于现有的蓄能器理论和液压系统理论,结合新兴的设计计算软件作为支撑软件,开发了蓄能器回路辅助设计计算或测试软件。例如,Par.ker Hannifin Corp .推出的Sharp EL512计算器可以帮助用户选择累加器参数。燕山大学的吴晓明等人在充分研究蓄能器及其理论的基础上,利用“嵌入式”专家系统理论,智能地开发了蓄能器及其回路软件,得到了蓄能器及其回路辅助设计软件,可以帮助系统设计人员简单地选择合适的蓄能器。目前还缺乏测试蓄能器特性的有效方法,直接导致蓄能器参数不完善,动态特性不清晰,对蓄能器的最佳工作区域认识模糊,给蓄能器的选择带来很大困难,间接导致选择误差;此外,选择系统不能根据其动态特性(如充氮压力)准确确定液压回路,这意味着蓄能器参数与应用环境的匹配问题没有得到根本解决。发展蓄电池动态性能测试技术具有重要的实用价值。将虚拟仪器技术应用到蓄电池的测试中,充分发挥虚拟仪器技术在测试中简单、快速、高效、准确的特点,准确测试蓄电池性能的动态参数,使系统适合蓄电池的性能特点和使用要求。通过对蓄电池的在线测试和模拟测试,可以得到不同规格蓄电池的性能曲线。

随着液压系统的发展,对系统的要求越来越高,现有蓄能器的基本理论和结构已经不能满足液压系统和液压元件研究的发展。主要原因是现有的蓄能器基础理论大多是在七八十年代建立的,是总结经验得来的。所以这些理论很多都是经验性的,既不规范也不统一,只能起到系统设计的初步指导作用,实际使用还要靠工作人员的不断调试和选择。而且现有蓄能器的结构决定了它安装在系统中后,不能根据系统要求改变自身参数来满足系统的不同需求。这给液压系统的研究及其在工程实践中的应用带来了障碍。