CN102803810A - 一体式液压减振装置 - Google Patents

Abstract

本文公开一种用于流体系统的减振装置，该减振装置包括内管(205)和外管(200)。进入该减振装置的流体压力波在布置于至少部分内管(205)和外管(200)之间的环形空间(235)中被衰减。至少部分内管(205)与由刚性材料制成的外管(200)一体构成。该外管(200)优选构成该流体系统自身的一部分管，其中该内管(205)如此安装在该外管(200)内，该内管(205)的一部分与流体的流向相反地取向，而该内管(205)的另一部分沿着该流向取向。

Description

一体式液压减振装置

技术领域

本发明涉及用于减弱、衰减或吸收流体系统、尤其是液压系统、更具体是用于机动车领域的液压系统中的振动或脉动的减振装置。

背景技术

在流体或液压管线系统中，驱动源在工作过程中产生压力脉动或波动，这导致机械振动，因而产生声音或噪音。在这样的液压系统的多种应用领域如机动车领域中，例如因为用户舒适度的原因要降低这样的噪音。

为了降低或尽量减小这样的振动或噪音，从已转让给本申请受让人的美国专利US7017610B2中公开了在液压线路的两端间插入减振装置(共振器或调谐器)，其吸收或衰减上述的脉动或压力波动。该减振装置包括减振壳体，其优选是由弹性材料制成的膨胀软管，在减振壳体中，延伸到液压管线内部空间中的减振管与流体流向反向布置。为了实现这样的减振，如US7017610B2中更详述的那样，该减振管由优选在径向的柔性低于减振壳体的材料制成，且更优选地由涂覆有塑料如聚四氟乙烯(PTFE)的金属或螺旋带材制成。

通过使用这样的减振装置，形成不透压力的共振器壁，进入内部空间的压力脉动或峰值以压力波形式在减振壳体的外壁和减振管之间运动。这些压力波在减振管和减振壳体壁之间的环形空间中被反射以及衰减。因此，到达减振装置出口的压力波动或峰值仅有很小的影响，甚至消失了。

例如在机动车领域，对于液压系统，减小使用的软管长度并用管件替代软管的需求仍不断增长。这些改变的主要原因是液压软管相比于液压管件的成本较高。因此，降低了使用上述减振装置的适用场合。

发明内容

在第一方案中，本发明提供一种减振装置，其中，前述的减振管(＝内管)或者至少部分该减振管被组装到或一体集成到液压管线系统的管件(＝外管)中，以呈现为管内减振装置。因此，与已知的减振装置相比，减振管布置在刚性管件内而不是弹性软管。

要注意的是，术语“液压管线”在本说明书的全文中被理解为任意尺寸的液压软管、管道、管件或类似物，因为本发明的基本思想并不局限于特定类型或尺寸的液压管线。

如在已知的减振装置中那样，所述减振管用作共振器以衰减前述的压力波。同样已知的是，在减振管的开口端布置成与流体流向相反的逆流体流配置中，尤其是低频压力波被衰减，从而有利地降低或最小化低频噪音。然而，人们也很好明白，中高频也能用本文所述技术衰减。

但是与已知的、仅使用弹性软管部件作为外管的减振装置相比，本发明使得在液压管线系统的管件中设置所述减振装置成为可能，并允许在这样的系统中使用更多的管件而不是软管部分。这有利地增加了灵活性以设计含有软管和管件这两者的液压管线，并由于上面提到的软管比管道线路或管段更贵这一因素，其有助于降低这样的系统的成本。

另外，所提到的软管长度降低还缩减用于设置必须安装在软管而非管件中的已知减振装置的液压管线空间。本发明能克服该已知减振技术的这个缺点是因为液压系统的管件、而不是软管部分被用于安装该减振装置。

根据另一方案，该管内减振装置可以安装在布置在两个软管部分之间或布置在两个管件部分之间或布置在一个软管部分和流体或液压管线系统的一个管件部分之间的管件中。

在另一方案中，减振管可以与(液压)流体的流向相反地取向，或者沿着流向取向。

根据另一方案，减振管可以这样的方式被安装(即固定或夹紧)在管件中，即减振管的一部分与流向相反(逆流)取向，而其它部分沿流向(顺流)取向，从而减振装置能够通过改变顺流共振/逆流共振之比来校准或调整其减振性能、优选为减振频率和减振强度，其中该比值能够通过变化沿减振管长度的安装位置而很容易改变。然而，该安装位置还可以根据声音以及预期的减振效果而变化。

根据另一方案，上述的、减振管在(外)管中的固定或夹紧可以是紧密的(即不泄漏)，或者有限定的泄漏使得至少一些流体能够不经过减振管而是经减振管和(外)管壁之间的环形空间从一侧流到另一侧。这样的泄漏能够作为附加或替代方式来校准和/或调谐减振装置的减振性能。然而，为了衰减低频，这样的泄漏不得不尽可能小或者甚至降到零，因为低频会导致比高频更快的(液体)流动。

在所述校准或调谐的另一方面，限定的泄漏能通过优选位于内管壁(穿孔)和/或沿所述环形空间的多个确定位置中的钻孔或孔眼提供，通过这些钻孔或孔眼缩短共振长度(即共振器长度)，进而改变共振器的共振频率。

根据本发明的另一方案，所提供的管内减振装置能与采用基于PTFE共振器(如US7017610B2所述的FBS调谐器)的已知的减振装置技术结合使用。在这样的结合中，管内减振部分能够沿着流向，从而用作顺流调谐器，而PTFE或FBS调谐器能够逆流布置从而作为逆流调谐器，反之亦然。

根据另一方案，需要强调的是，内管(减振管)和/或(外)管能够由现有技术已知的标准管材制成，但优选是减振管和(外)管的材料是相同的或不同的但化学性和/或物理性相匹配的材料，以防接触腐蚀。

已令人惊奇地发现，内管可以由远比上述的PTFE便宜的可变形金属如铝或钢制成，这些材料最好应包括固有的高刚性，但又可以塑性变形，从而内管能够通过外管的塑性变形来固定在外管中。这些材料还不应包括沿其长度的泄漏点。

然而，也可以使用其它可弹性或塑性变形的材料，但在选择减振管所用材料时，必须考虑到要对膨胀压力以及在压力下溃塌有一定的抵抗力。

除此之外，本文所提出的减振装置有利地能由低成本材料制成，无需使用前述PTFE材料。值得注意的是，PTFE材料具有其它缺点，即如果其沿逆流方向安装时，PTFE管可能溃塌。为降低此风险，已知的减振管包括布置在PTFE固定到减振壳体的固定点附近的压力补偿钻孔或孔眼。

因此根据又一方案，所提出的减振装置能够用两管件通过将第一(内)管(下文叫减振管)插入并固定在直(外)管中且而后将外管连同所形成的减振管弯曲至一想要角度而制得。由于上述用于减振管的材料，该弯曲将不会损坏减振管，也不会不利地影响减振管的上述令人惊奇的共振效果。不影响共振性能的原因很可能是，当外管被弯曲时，减振管在外管内自对准。

液压管线布置通常结合了液压管道或管件和液压软管，因为液压管道或管件通常远较液压软管便宜。如果这样的液压管线被用于连接例如液压源和在一定范围内可相对于彼此运动的用户负载，比如车辆的空调系统和发动机，这样的液压软管通常需要有一定程度的灵活性。根据本发明所提出的管内减振装置仅在这样的液压管线布置中的管件中设置，其中该管件部分自身长度甚至可以相对较短。本发明在此并没怎么限制设计流体或液压系统的管线布置的自由度。

本发明的其它代表性的方案和特征在从属权利要求中限定，包括但不限于下文的详细描述。

附图说明

本发明的上述和其他方案、特征和优点将可从与附图相结合的示意性实施例的下文详细描述中显现，其中：

图1A和1B是根据本发明的管内调谐器的两个实施例的示意性纵侧视图以示出本发明的基本思想。

图2是根据本发明另一实施例的管内调谐器的侧剖视图；

图3是根据本发明的另一实施例的侧剖视图，其结合了管内调谐器和已知的减振装置技术。

图4A-4D示出了制造根据本发明的管内调谐器的优选方法。

具体实施方式

现将参考附图描述本发明的具体的实施例。这些附图将示出其基本原理和多个实施例，但不应理解为与实际比例一致，尤其是它们的绝对和相对的尺寸和比例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施，且不应理解为局限于本文所提供的实施例，相反，这些实施例仅作为本发明充分公开的目的来提供，且将能为本领域技术人员完全地推断本发明的范围。附图所示的特定实施例的详细描述中所使用的术语并不打算用于限制本发明。在附图中所用的相似的附图标记表示相似的元件。

参考图1A和1B，本发明的基本思想通过本发明的管内减振装置(调谐器)的示意性纵侧视图所示的两个实施例来阐述。该减振装置一体集成到液压管线系统中，图1仅示出了其中设置有该减振装置的部分液压管线系统(由切断端或剪切端107和108所限定)。

在图1A所示的实施例中，减振装置包括外管100和内管105，内管105基本同心地布置或设置在外管100中。外管100包括环槽或开口110，用于将内管105固定在该外管100中。环槽的未显露边用虚线115表示。

内管105在外管100内的耐久可靠固定或安装结构120可通过摩擦或力锁合的机械连接或通过粘胶或焊接实现，这种固定或安装甚至在机械或热应力下都能保证上述两管100、105的同心布置。作为仅使用相对较宽的槽110的替代，安装结构120可由沿纵轴线在空间上彼此隔开的两个或更多个(优选较窄)环槽或开口来实现。然而当使用窄槽时，优选设置至少两个这样的槽，以防内管105在外管100内倾斜从而破坏上述的同心配置。

在图1B所示的实施例中，外管150并未如图1A的实施例那样被变形或成型。内管155通过环形套筒160(未显露边用虚线165表示)固定或安装在外管150中，该环形套筒布置在两管150、155之间的环形空间中。类似于图1A所示的实施例，内管155在外管150内的耐久而又可靠的固定或安装结构可以通过在两个结合表面(结合面)170、175处的摩擦或力锁合的机械连接或者通过在至少其中一个所述接合表面处设置粘胶、焊接或铆钉或类似结构来实现。然而，该耐久的固定结构还可以通过使内管155局部变形(例如膨胀从而呈外凸边或喇叭形)来实现，从而甚至可以完全不需要所述的环形套筒160。

前述减振装置的功能性方面和操作模式将参考下文对图2的描述。

图2显示了根据本发明第一实施例的减振装置的侧剖视图。该减振装置主要由两个基本同心的管件构成，即外管200和内管205。由于这样的配置，所提供的减振装置可以理解为“管内”减振装置，因为本文描述其校准或调谐性能，也可以称作“管内”调谐器。

在本实施例中的内管205通过壳体或套筒210被固定在外管200中。然而，还可以在不用所示的套筒210的情况下，例如通过胶粘或通过从外侧对外管直接冷加工成形(变形)以呈现所示的外侧环形槽或环槽215(同样见图4A-4D)，以将内管夹紧或压接在外管内来实现所述固定，尤其是防止内管相对于外管纵向移动。

使用所示的套筒210来将内管205固定在外管200中具有这样的好处，即能够按规定地和/或精确地定位内管205。然而，套筒210一点也不有助于所着眼的减振性能，因此并不是必不可少的。另外，在弯管200的实施例(根据图4A-4D)中，套筒210的保持或紧固效果几乎为零。

本发明的减振装置可用于衰减用液压油或其它液压液作为流体的液压管线系统中的噪音，尤其是用于用户舒适度很重要的场合，例如机动车领域、卡车、列车、多功能车或航空工具。然而，该减振装置也可用于其它具有压力流体流的流体系统，如空调系统或类似装置。

在假定的流体流向上(箭头220)，减振装置的左手部分225用作逆流共振器，而右手部分230用作顺流共振器。当然，将流向220改为相反方向，减振装置也相反向地起作用。但是在本实施例中，减振装置优选对流体仅在一个方向上流动即在本示例中为从左到右的情况起作用，尽管如下所述压力波自身将会在两个方向上传播。

当然，人们也很好理解本文所述的减振装置也可以用于流体例如以循环变换的方式双向流动的情况，因为即使在流体双向流动的情况下，所述的调谐也能够对装置进行校准或调谐以获得良好的减振效果。

在所示的从左到右的流向220情况下，主要从左至右传播的至少部分压力波动或压力波(例如来自液压泵或类似装置的噪音)将会进入内管205外壁和外管200内壁之间的第一环形空间235并导致反射波以及导致这些反射波和原始波之间产生相消干涉，从而减小该压力波动的波幅或强度。

在所示的减振装置的右手部分230中，任何剩余的压力波同样不会进入位于内管205外壁和外管200内壁之间的第二环形空间240，而是提供仅有极少压力波动或振动存在的“静流体(dead fluid)”容积区，这主要由于在第二环形空间240所存在的相消反射和干涉。

令人惊奇地发现，在其中主要发生上述的相长干涉/相消干涉的减振装置的左手部分225主要针对相对低频率提供减振效果，而右手部分仅提供主要针对中高频率提供减振效果的静流体容积区。

要强调的是两种效果均对从左向右传播的压力波的整体衰减有贡献。

在本实施例中，用于将内管205夹紧或压接在外管200中的纵向位置245是非对称的，其中内管的长部分布置在左手侧225，短部分布置在右手侧230。然而，该特定位置能针对校准或调谐的目的给予调整，甚至也可位于内管205中以呈现对称的减振装置，则其在两个方向都具有相同的减振效果，这具有下述优点之一，即减振装置可以在不考虑其安装方向的情况下工作，这简化了该装置在例如机动车中的安装；或者该装置能够有利地用于衰减流体流在两个方向之间交替变换的流体系统中的噪音。

通过改变或校准内管205的纵向夹紧位置245，基础共振器的共振频率v可以几乎任意地被调整或改变Δv，从而该装置的减振性能可以在宽的频率带内被调整(调谐)。

在另一实施例中，套筒210提供了规定的泄漏，从而一部分流体仅通过环形空间235从左手侧225流向右手侧230。这样的泄漏可以通过在壳体/套筒自身设置的通道或孔眼所提供，或者通过外管200造成壳体/套筒的一定变形所提供。通过这样的泄漏，减振装置可被校准(调谐)。

作为替代或附加，这样的校准或调谐可以由规定的泄漏所实现，该规定的泄漏优选是使用位于内管壁上(穿孔)和/或沿着所述环形空间的多个规定位置上的钻孔或孔眼，借此可以缩短共振长度(即共振器长度)且进而改变共振器的共振频率。

图3显示了本发明的一个实施例，其将上述管内减振装置(管内调谐器)与本领域已知的PTFE或FBS调谐器相结合。在该实施例中，该管内减振装置设置在可用于连接液压管线系统的软管305和管件310的软管-管件连接器或接头组件300中。在这两个实施例中，流体(未示出)如箭头315所示从左向右流动。

该实施例包括作为一个位于右侧部分320的、上述的管内调谐器320，其带有外管310和内管323。该管内调谐器部分320沿流向315布置或设置，即其起到上述的顺流调谐器作用。管内调谐器的左端330插入上述的PTFE或FBS调谐器335的外侧软管305的端部300中。该PTFE或FBS调谐器部分335用作逆流调谐器，如美国专利US7,017,610B2中所述。

该管内调谐器320在本实施例中通过接附到软管305的端部300的夹紧件340被固定到PTFE或FBS调谐器335中。该夹紧件340优选是可塑性变形的和/或是弹簧作动帽或罩以提供恒定且可靠的向内作用力。需要强调的是，这两个调谐器320，335之间的连接必须是紧密的以实现所设想的减振效果，因为任何不受控的泄漏将会使该共振器失谐。夹紧件340优选通过一体结合到用于PTFE或FBS调谐器335的软管305的端部300的法兰或连接套来实现。

夹紧装置340在该实施例中还包括夹紧区或环形轮廓345，其优选在管内调谐器320已被插入PTFE或FBS调谐器335之后通过变形产生。在该实施例中，环形轮廓345这样产生，从而管内调谐器320的外管310以类似方式变形，管内调谐器320的内管325借助于该方式在所示视图中的至少两个接触线或接触区处350被夹紧或固定在外管310中，该接触线或接触区确保了内管325基本上同心地位于(或者留在)外管310中且不能回弹或者甚至不能在径向上移动。

在本实施例中，PTFE或FBS调谐器335通过紧压配合或收缩的软管连接被接附到或安装在管内调谐器320的内管325的左端360上，且优选在管内调谐器320被插入PTFE或FBS调谐器335之前被安装。

如图3所示实施例中的减振装置还可以按逆流方向安装，从而呈现经外管310和内管325、而非经外管305和内管355的流体入流。在这样的“逆流安装”中，管内调谐器320被用作逆流调谐器，而PTFE或FBS调谐器335被用作顺流调谐器。基于此，还可以延伸现有的FBS或PTFE调谐器的功能，从而其可以在双流向上都提供前述的减振效果。

图4A-4D示出了制造前述减振装置的优选制造方法的步骤。

上述减振装置可以使用两根管并通过将第一(内)管(下文叫减振管)插入并固定在直(外)管中且随后将外管连同内置的减振管弯曲至一想要的角度而制得。由于前述用于减振管的材料，该弯曲将既不会破坏减振管，也不会不利地影响减振管的前述的、令人惊奇的共振效果。不影响共振性能的原因很可能是，当外管被弯曲时，减振管在外管内自对准。

参考图4A，给定长度“l”的内管400由金属或其它管材制成。然后，套筒或壳体405滑入或装在内管400上(套管的未显露边用虚线410表示)。根据图4B，该包括套筒405的内管400从一端插入外管415中。如前所述，该外管415优选是液压管线系统的一部分，从而呈现为管内减振装置(或调谐器)。作为中间品，该套筒/壳体布置在内管400和外管415之间的环形空间中。

要强调的是，上述壳体或套筒405如在上述实施例一样能够首先安装在内管400上或者安装在外管415内侧。在这两种情况下，壳体或套筒405能够通过胶粘、焊接或采用摩擦或力锁合机械连接来固定。

在将内管400插入外管415后，内管400将通过从外侧对外管415的环形变形或挤压固定在外管415内，如图4C所示。这种变形优选例如通过从外管415的外侧的冷加工成型在壳体/套筒沿外管415纵轴线方向的位置的中间附近形成。通过该工序，该壳体或套筒405也被变形或挤压，这增加了相对于内管400的摩擦力，使得内管400可靠地固定在外管415中。

如已经提过的，使用套筒/壳体将内管固定在外管中仅是优选的，而这样的固定在不用这样的套筒/壳体时也可以实现，其中在这种情况下，内管仅通过变形的外管而被固定。在不使用套筒/壳体的情况下，这样的固定可以是耐久而可靠的，甚至是防泄漏的。

在图4D中示出了如图4C所示的直的管内减振装置在被弯曲时的动作。液压管线系统的管件在设置管内减振装置的位置处的如此弯曲仅是可选设的，但是其增加了设计这样的液压系统的管线系统或管道布置的自由度。图4D示出了，在外管415弯曲之后怎样通过给壳体/套筒405用上如铝或聚合物那样的弹性材料来降低壳体/套筒405的泄漏可能性。此外还示出了，内管400在弯曲之后并未在外管415内同心布置，尤其是在内管400的两端425、430。但是令人惊奇地发现，这种未校准的共振器并未对管内减振装置的减振性能有明显的负面影响。

上述减振装置可以由现有技术已知的标准管材制成，但优选减振管和(外)管的材料是相同的或虽然不同但化学性和/或物理性相匹配的材料，以防接触腐蚀。这样的匹配材料在化学/物理文献中是众所周知的，且可以为不同的应用领域选用合适的种类。接触腐蚀本身是众所周知的现象，且本领域普通技术人员将能进一步找到合适的材料组合。

然而，也可以使用其它可弹性或塑性变形的材料，但在选择减振管所用材料时，必须考虑到要对膨胀压力以及在压力下溃塌有一定的抵抗力。除此之外，本文所提出的减振装置有利的是能由低成本材料制成，而无需使用前述的PTFE材料。

含有本文所提供的减振装置的液压管线能够弯曲，而又不破坏管内结构，相比之下，现有的减振装置使用塑料如PTFE，其在以小弯曲半径弯曲时结构将会溃塌、甚至完全损坏。

此外，使用PTFE管将需要压力补偿钻孔或孔眼以防这些管溃塌。这些钻孔或孔眼将不利地影响减振装置的减振性能。本发明的减振装置(管内调谐器)优选使用金属管，其无需这样的压力补偿钻孔或孔眼。当然，柔性的FBS调谐器也无需这样的压力补偿，但相比于本发明的减振装置，其成本要昂贵得多。另外，无需担心本发明的减振装置无柔性，因为在相关应用领域有足够的空间布置根据本发明的刚性的管内调谐器。

上述管内调谐器能够设置在位于两个软管部分之间或者位于两个管件之间或者位于软管部分和流体或管线系统的管件之间的管件内。

尽管在之前的说明书中已详细描述了本发明的示意的/具体的实施例，但人们将明白，可以在不背离由所附的权利要求书限定的本发明的范围和思想的情况下根据上述公开内容的整体教导对这些细节进行多种改变或变化。因而，所公开的特殊配置仅是示意性的，而不意味着限制本发明的范围，本发明的范围将由所附的权利要求书及其任何和全部等同方式的全部范围限定。

Claims (19)

1.一种用于流体系统的减振装置，该减振装置包括内管和外管，其中进入该减振装置的流体压力波在布置于至少部分该内管和该外管之间的环形空间中被衰减，至少部分该内管与由刚性材料制成的外管一体构成。

2.根据权利要求1所述的减振装置，其特征是，该外管是该流体系统的一部分。

3.根据权利要求1或2所述的减振装置，其特征是，该内管以这样的方式安装在该外管内，即，该内管的一部分与流体的流向相反地取向，而该内管的另一部分沿该流向取向。

4.根据权利要求3所述的减振装置，其特征是，通过改变该内管沿该外管的纵向的安装位置来校准减振频率和/或减振强度。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的减振装置，其特征是，该内管在该外管内的安装基本是无泄漏的，从而基本上无流体从该内管和该外管之间的该环形空间经过。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的减振装置，其特征是，该内管在该外管内的安装提供限定的泄漏，从而至少部分流体从该内管和该外管之间的该环形空间经过。

7.根据权利要求6所述的减振装置，其特征是，所述泄漏被尽可能减小以增强流体低频压力波的衰减。

8.根据权利要求6或7所述的减振装置，其特征是，该限定的泄漏由位于内管壁上的钻孔或孔眼来提供。

9.根据权利要求6或7所述的减振装置，其特征是，该限定的泄漏由沿该外管和该内管之间的环形空间的规定位置处的钻孔或孔眼来提供。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的减振装置，其特征是，将根据前述任一权利要求所述的减振装置与PTFE或FBS调谐器相结合，其中所述内管沿流体流向布置，FBS调谐器与流向相反地布置。

11.根据权利要求10所述的减振装置，其特征是，该减振装置设置在可用于连接软管和液压管线系统的管件的软管-管件连接器或接头组件中。

12.根据权利要求11所述的减振装置，其特征是，该减振装置的端部被插入该PTFE或FBS调谐器的外侧软管的端部中。

13.根据权利要求12所述的减振装置，其特征是，该减振装置通过使用可弹性变形或塑性变形或者由弹簧作动的夹紧件被固定到该PTFE或FBS调谐器，该夹紧件接附到该外侧软管的所述端部。

14.根据权利要求13所述的减振装置，其特征是，该夹紧件是一体集成到该PTFE或FBS调谐器的外侧软管的所述端部的帽、法兰或者连接套。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的减振装置，其特征是，该内管和/或该外管由相同的或不同的但化学和/或物理相匹配的材料制成。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的减振装置，其特征是，该内管由固有高刚性但仍可塑性变形的材料制成，优选是铝或钢。

17.一种制造根据权利要求1至16中任一项所述的减振装置的方法，包括将内管插入外管中和通过使所述外管在装有该内管的位置处至少局部地沿着纵向轴线发生变形以将该内管固定在该外管中。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征是，将套筒或壳体安装到该内管的外侧或该外管的内侧，将该内管插入该外管中，和使该外管在装有筒/壳体的位置处至少局部地沿着纵向轴线发生变形以将该内管固定在该外管中。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征是，还包括将该外管连同固定的该内管弯曲至规定角度。

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