可控气液系统蓄能器设计∗

1 引言

在气液弹射系统中，蓄能器是一种势能（一定体积高压油液的液体势能）存储与释放装置［1］，在气液系统中的主要用来完成储存能量、势能转换和能量释放的功能。工作过程是在充能时把系统内能量储存起来，并在弹射时迅速放出，使能量利用更准确高效，并达到保护系统安全的目的［2］。本文提到的蓄能器能够满足蓄能及释放的需要，并且能够有效地控制高压气体的势能变化，满足变动的弹射要求。

2 蓄能器的工作原理

如图1所示，当蓄能器未蓄积能量时，活塞3左侧与其液面端盖12 的右段面相接触，此时缸体内全部由高压气体充满［3］。蓄能过程开始，自电磁阀1 进油，油液腔2 充入油液，推动活塞向右移动，当活塞右侧抵到套筒边缘，充液完成，阀1 复位。此时，活塞完成对气体的充能，达到初始设定势能值。释放能量时，主阀打开，砌体墙内的高压气体迅速膨胀，推动活塞挤压油液缸内的液体进入弹射系统液压缸［4］，同时设计在活塞左端面加入一个凸台，如此当活塞左端面即将与液面端盖凹槽吻合时减少蓄能器提供的油液排量，从而达到液压缸的缓冲行程的目的［5］。当完全吻合时，蓄能器内蓄积的能量便释放完毕［6］。

3 蓄能器的结构设计

蓄能器采用活塞式设计［7］，相较于气囊式和隔膜式，该设计能够满足瞬时大排量的弹射要求，并且功能可靠性较高［8］。如图1 所示，在弹射时为了保证弹射液油的体积一定，即蓄能器充液一段体积固定，设计在充气端加入一副套筒，固定充液时活塞的活动范围，同时右侧充气端就可以通过增加气压来控制弹射速度。蓄能器气面端盖上分别加入了充气接口（方便链接高压气瓶）、MTS位移传感器（感受活塞杆的位移）、压力变送器（测定气体腔内气压值）。设计活塞时，在活塞右侧设置凹槽，增大气体腔体积，同时减少活塞活动时的卡死可能［9］。左侧端面增加凸台，实现流量缓冲。

图1 蓄能器结构设计图

弹射时在提前获得活塞移动速度范围v、弹射所需液油量V1 和油液腔内径D 时，仅需要根据公式V2=V0-V1，即可得出活塞行程L。然后根据气体压缩公式:，其中p0 为初始充气压力（单位MPa），V0 为初始体积，p2 为充液后压力，V2 为充液后气体体积（V2=V0-V1）［10］。在预设活塞杆、活塞凹槽、套筒厚度等数据后，即可通过简单的计算得到满足弹射需求的气体腔的体积参数。

4 气体调节方法设计

图2 气压调节示意图

如图2 所示，调节气体腔内气压的设计:在之前预设在缸体气面端面的充气接口处连接一个截止阀、气体减压器和一个高压气瓶［11］。弹射准备时，若弹射速度较预设值有变动时，打开截止阀，器材与减压器相连，通过减压器调节气体腔内气体压力，同时压力值会实时反映在控制台界面上，以便随时调节或者关闭截止阀。当调节完毕后，关闭截止阀，这样，腔内的气体也不会影响减压器的反映数值。

5 结语

可控蓄能器是综合利用气液混合动力，结合气压与液压传动的长处设计的，它同时兼具制作方便、成本低、无污染、传动稳定、排量大等多方面优点［12］。在结构上，它整体构型简单紧凑，凹槽设计减少质量，套筒设计稳定液油排量，活塞设计增大瞬时排量。同时气体调节配置能够依据实时需要满足不同弹射速度要求，增加了设备的适用性。该气液系统蓄能器能够满足弹射系统的蓄能及释放要求，能够保证高效稳定的能量输出。