一种全频段工况自适应液压滤波器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种全频段工况自适应液压滤波器，其输入管和输出管分别连接于外壳两端；弹性薄壁安装于外壳内；弹性薄壁和外壳之间形成串联共振容腔I、串联共振容腔II和并联共振容腔；串联共振容腔I和II之间通过一弹性隔板隔开；弹性薄壁的轴向上均匀开有若干锥形阻尼孔；弹性隔板的轴向上均匀开有若干锥形插入管，锥形插入管连通串联共振容腔I和II；插入式H型滤波器位于并联共振容腔内；插入式串联H型滤波器位于串联共振容腔I和II内；插入式H型滤波器和插入式串联H型滤波器轴向呈对称设置，并组成插入式串并联H型滤波器。本发明可衰减液压系统中的高、中、低频段的脉动压力，从而起到全频段工况自适应滤波作用。
【专利说明】-种全频段工况自适应液压滤波器 【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种液压滤波器，具体设及一种全频段工况自适应液压滤波器，属于 液压设备技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 液压系统具有功率密度大、运行稳定性好等特点，在工程领域得到广泛应用。随着 液压技术向高压、高速和大流量方向发展，液压系统中固有的压力脉动的影响日益突出。相 关研究表明，当压力脉动幅值超过液压系统工作压力的10%时，管路将形成较高的压力而 导致管路系统破坏；当压力脉动幅值超过液压系统工作压力的2~10%时，管路及阀口将产 生磨损，危及整个液压系统的可靠性。
[0003] 压力脉动是由流量脉动通过系统阻抗产生的，而流量脉动起源于液压累的输出的 流量的脉动，在液压累处消除压力脉动是液压滤波最直接的方法。国内外学者对此进行了 许多研究，虽然采取了许多改进措施，但因液压累周期性排油机制的约束，要根除流量脉动 是不可能的。除了从源头考虑如何衰减脉动，还可W从系统负载的角度来考虑，在管路上加 装液压滤波器可W降低系统的输入阻抗（即减小累的输出阻抗)也能增加对压力脉动的衰 减和吸收。
[0004] 液压滤波器是从负载系统出发来衰减压力脉动，从作用机理上可分为阻性滤波和 抗性滤波两大类。抗性滤波原理是利用阻抗失配，使压力波在阻抗突变的界面处发生反射 达到滤波的目的。但目前的抗性滤波器存在着W下不足：（1)液压管道中的压力脉动是时间 和位置的函数，定位安装的液压滤波器无法适应变工况情况；（2)抗性滤波器只对特定频率 点及狭窄频段才有良好滤波效果，无法实现广谱滤波；（3)液压滤波器对压力脉动的衰减效 果不够理想；（4)对流量脉动没有滤波作用。
[0005] 为解决上述问题，专利文献1(中国发明专利申请，公开号CN101614231)公开了一 种液压系统减振消声器，其结构是扩张腔式减振器，固定联接共振板黃上装有不同质量的 质量体，质量体上有阻尼孔，运样带有不同质量体的共振板黃与阻尼孔组成"质量+弹黃+阻 尼"集中参数式禪合弹黃振动系统，从而达到广谱滤波效果。该专利的减振消声器的滤波效 果和弹性薄板上每个滤波单元的半径W及厚度密切相关，由于在弹性薄板上设有多个滤波 单元W实现广谱滤波，而每个单元的半径和厚度都受限制，因此对滤波效果造成影响；同时 该专利的减振消声器没有解决压力脉动随位置变化的问题，对变工况情况的适应性欠佳； 对流量脉动没有滤波作用。
[0006] 因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的全频段工况自适应液压滤 波器，W克服现有技术中的所述缺陷。 【
【发明内容】
】
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种全频段工况自适应液压滤波 器，其可衰减液压系统中的高、中、低频段的脉动压力，从而起到全频段工况自适应滤波作 用。
[000引为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种全频段工况自适应液压滤波器， 其包括输入管、外壳、输出管、弹性薄壁、插入式H型滤波器W及插入式串联H型滤波器;其 中，所述输入管连接于外壳的一端;所述输出管连接于外壳的另一端;所述弹性薄壁沿外壳 的径向安装于外壳内；所述弹性薄壁和外壳之间形成串联共振容腔I、串联共振容腔IIW及 并联共振容腔;所述串联共振容腔I和串联共振容腔II之间通过一弹性隔板隔开;所述弹性 薄壁的轴向上均匀开有若干锥形阻尼孔;所述弹性隔板的轴向上均匀开有若干锥形插入 管，所述锥形插入管连通串联共振容腔I和串联共振容腔II;所述插入式H型滤波器位于并 联共振容腔内，其和锥形阻尼孔相连通;所述插入式串联H型滤波器位于串联共振容腔I和 串联共振容腔II内，其亦和锥形阻尼孔相连通;所述插入式H型滤波器和插入式串联H型滤 波器轴向呈对称设置，并组成插入式串并联H型滤波器。
[0009] 本发明的全频段工况自适应液压滤波器进一步设置为:所述输入管和输出管的轴 线不在同一轴线上;所述输入管、输出管和弹性薄壁共同形成一 C型容腔滤波器。
[0010] 本发明的全频段工况自适应液压滤波器进一步设置为:所述锥形阻尼孔开口较宽 处位于串联共振容腔I和并联共振容腔内，其锥度角为10°。
[0011] 本发明的全频段工况自适应液压滤波器进一步设置为:所述锥形插入管开口较宽 处位于串联共振容腔II内，其锥度角为10%所述锥形插入管和锥形阻尼孔的位置相互错 开。
[0012] 本发明的全频段工况自适应液压滤波器进一步设置为:所述弹性薄壁的内侧设有 一胶体阻尼层;所述胶体阻尼层的内层和外层分别为外层弹性薄壁和内层弹性薄壁，外层 弹性薄壁和内层弹性薄壁之间由若干支柱固定连接;所述外层弹性薄壁和内层弹性薄壁之 间的夹层内填充有加防冻剂的纯净水，纯净水内悬浮有多孔硅胶。
[0013] 本发明的全频段工况自适应液压滤波器还设置为:所述胶体阻尼层靠近输出管的 一端和外壳相连;所述胶体阻尼层靠近输出管的一端设有一活塞。
[0014] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0015] 1、本发明具有不同固有频率的插入式串并联H型滤波器组，在中低频压力波动频 率范围内形成了平坦的衰减频带;插入式串联H型滤波器的两个共振容腔之间由弹性隔板 隔开，拓宽了其衰减频带宽度;滤波器的共振容腔横跨整个自适应滤波器，由此可W得到较 大的共振容腔体积，加强衰减效果;锥形阻尼孔和锥形插入管插入到相应的共振容腔内，锥 度角均为10°，展宽了滤波频率范围并使整体结构更紧凑。
[0016] 2、本发明采用胶体阻尼层和C型容腔滤波器相结合，在衰减压力的同时吸收流量 脉动，并具有较好的流量脉动衰减效率，滤波器的输入管和输出管不在同一轴线上，提高了 10% W上的滤波效果。
[0017] 3、本发明的轴向长度被设计为大于压力脉动波长，在弹性薄壁的轴向上均匀开有 多个相同参数的锥形阻尼孔，在弹性隔板的轴向上均匀开有多个相同参数的锥形插入管， 锥形阻尼孔和锥形插入管位置相互错开，保证了滤波器内的=种滤波结构在轴向长度范围 内具有一致的压力脉动衰减效果，使滤波器具备工况自适应能力。=种滤波结构轴向尺寸 和滤波器一致，其较大的尺寸也保证了液压滤波器的滤波性能。
[0018] 4、本发明将插入式串并联H型滤波器组、C型容腔滤波器、弹性薄壁W及胶体阻尼 层相互结合成一个整体，使滤波器具备全频段工况自适应压力脉动滤波和流量脉动滤波性 能。 【【附图说明】】
[0019] 图1是本发明的全频段工况自适应液压滤波器的结构示意图。
[0020] 图2是图1中沿A-A的剖面图。
[0021] 图3是图帥插入式H型滤波器示意图。
[0022] 图4是图2中插入式串联H型滤波器示意图。
[0023] 图5是插入式H型滤波器和插入式串联H型滤波器频率特性组合图。其中，实线为插 入式串联H型滤波器频率特性。
[0024] 图6是插入式串并联H型滤波器频率特性图。
[0025] 图7是C型容腔滤波器的结构示意图。
[0026] 图8是弹性薄壁的横截面示意图。
[0027] 图9是胶体阻尼层的纵截面示意图。 【【具体实施方式】】
[00%]请参阅说明书附图1至附图9所示，本发明为一种全频段工况自适应液压滤波器， 其由输入管1、外壳9、输出管11、弹性薄壁7、插入式H型滤波器12W及插入式串联H型滤波器 13等几部分组成。
[0029] 其中，所述输入管1连接于外壳9的一端;所述输出管11连接于外壳9的另一端。所 述弹性薄壁7沿外壳的径向安装于外壳9内。所述输入管1和输出管11的轴线不在同一轴线 上，运样可W提高10% W上的滤波效果。
[0030] 所述输入管1、输出管11和弹性薄壁7共同形成一 C型容腔滤波器，从而衰减液压系 统高频压力脉动。按集总参数法处理后得到的滤波器透射系数为：
[0031]
[0032] a-介质中音速Lv-C型容腔长度Sv-C型容腔体积
[0033] Z-特性阻抗
[0034] 丫一透射系数f-压力波动频率Si-输入管横截面积。
[0035] 由上式可见，不同频率的压力脉动波通过该滤波器时，透射系数随频率而不同。频 率越高，则透射系数越小，运表明高频的压力脉动波在经过滤波器时衰减得越厉害，从而起 到了消除高频压力脉动的作用。
[0036] 所述C型容腔滤波器的设计原理如下：当管道中压力脉动频率较高时，波动的压力 作用在流体上对流体产生压缩效应。当变化的流量通过输入管1进入C型容腔时，液流超过 平均流量，扩大的容腔可W吸收多余液流，而在低于平均流量时放出液流，从而吸收压力脉 动能量。
[0037] 所述弹性薄壁7通过受迫机械振动来削弱液压系统中高频压力脉动。按集总参数 法处理后得到的弹性薄壁固有频率为：
[00；3 引
[0039] k-弹性薄壁结构系数h-弹性薄壁厚度R-弹性薄壁半径
[0040] E-弹性薄壁的杨氏模量P-弹性薄壁的质量密度 [0041 ] n-弹性薄壁的载流因子y-弹性薄壁的泊松比。
[0042] 代入实际参数，对上式进行仿真分析可W发现，弹性薄壁7的固有频率通常比H型 滤波器的固有频率高，而且其衰减频带也比H型滤波器宽。在相对较宽的频带范围内，弹性 薄壁对压力脉动具有良好的衰减效果。同时，本发明的滤波器结构中的弹性薄壁半径较大 且较薄，其固有频率更靠近中频段，可实现对液压系统中的中高频压力脉动的有效衰减。
[0043] 所述弹性薄壁7的设计原理如下：管道中产生中频压力脉动时，C型容腔对压力波 动的衰减能力较弱，流入滤波器C型容腔的周期性脉动压力持续作用在弹性薄壁7的内外壁 上，弹性薄壁7按脉动压力的频率做周期性振动，该受迫振动消耗了流体的压力脉动能量， 从而实现中频段压力滤波。由虚功原理可知，弹性薄壁消耗流体脉动压力能量的能力和其 受迫振动时的势能和动能之和直接相关，为了提高中频段滤波性能，弹性薄壁的半径设计 为远大于管道半径，且薄壁的厚度较小，典型值为小于0.1mm。
[0044] 进一步的，所述弹性薄壁7和外壳9之间形成串联共振容腔14、串联共振容腔II3W 及并联共振容腔5,所述容腔3、4、5横跨整个滤波器，由此可W得到较大的共振容腔体积，加 强衰减效果。所述串联共振容腔14和串联共振容腔II5之间通过一弹性隔板10隔开。所述弹 性薄壁7的轴向上均匀开有若干锥形阻尼孔6,所述锥形阻尼孔6开口较宽处位于串联共振 容腔14和并联共振容腔5内，其锥度角为10°。所述弹性隔板10的轴向上均匀开有若干锥形 插入管2,所述锥形插入管2连通串联共振容腔14和串联共振容腔113。所述锥形插入管2开 口较宽处位于串联共振容腔II3内，其锥度角为10°，所述锥形插入管2和锥形阻尼孔6的位 置相互错开。
[0045] 所述插入式H型滤波器12位于并联共振容腔5内，其和锥形阻尼孔6相连通。按集总 参数法处理后得到的滤波器固有角频率为：
[0046] (1)
[0047] a-介质中音速L一阻尼孔长S-阻尼孔横截面积V-并联共振容腔体积。
[0048] 所述插入式串联H型滤波器13位于串联共振容腔14和串联共振容腔II3内，其亦和 锥形阻尼孔6相连通。按集总参数法处理后，滤波器的两个固有角频率为：
[00/
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0化2]
[0化3]
[0化4] a-介质中音速Ii-阻尼孔长di-阻尼孔直径13-插入管长
[0055] Cb-插入管直径V2-串联共振容腔1体积V4-串联共振容腔2体积。
[0056] 所述插入式H型滤波器12和插入式串联H型滤波器13轴向呈对称设置，并组成插入 式串并联H型滤波器，用于展宽滤波频率范围并使整体结构更紧凑。本发明沿圆周界面分布 了多个插入式串并联H型滤波器(图中只画出了 2个），彼此之间用隔板20隔开。
[0057] 由图5插入式H型滤波器和插入式串联H型滤波器频率特性及公式（1)(2)(3)均可 发现，插入式串联H型滤波器有2个固有角频率，在波峰处滤波效果较好，而在波谷处则基本 没有滤波效果;插入式H型滤波器有1个固有角频率，同样在波峰处滤波效果较好，而在波谷 处则基本没有滤波效果;选择合适的滤波器参数，使插入式H型滤波器的固有角频率刚好落 在插入式串联H型滤波器的2个固有角频率之间，如图6所示，既在一定的频率范围内形成了 3个紧邻的固有共振频率峰值，在该频率范围内，无论压力脉动频率处于波峰处还是波谷处 均能保证较好的滤波效果。多个插入式串并联H型滤波器构成的滤波器组既可覆盖整个中 低频段，实现中低频段的全频谱滤波。
[0058] 进一步的，所述弹性薄壁7的内侧设有一胶体阻尼层8。所述胶体阻尼层8的内层和 外层分别为外层弹性薄壁81和内层弹性薄壁82,外层弹性薄壁81和内层弹性薄壁82之间由 若干支柱14固定连接。外层弹性薄壁81和内层弹性薄壁82之间的夹层内填充有加防冻剂的 纯净水16,纯净水16内悬浮有多孔硅胶15。所述胶体阻尼层8靠近输出管11的一端和外壳9 相连;所述胶体阻尼层8靠近输出管11的一端还设有一活塞17。
[0059] 由于外层弹性薄壁81和内层弹性薄壁82间距很小且由支柱14固定连接，在压力脉 动垂直作用于薄壁时，内外壁产生近乎一致的形变，胶体阻尼层厚度几乎保持不变，对压力 脉动没有阻尼作用;胶体阻尼层8的活塞17只感应水平方向的流量脉动，流量脉动增强时， 活塞17受压使胶体阻尼层收缩，挤压作用使得胶体阻尼层8中的水由纳米级输送通道进入 微米级中央空隙；流量脉动减弱时，活塞17受反压，此时胶体阻尼层膨胀，胶体阻尼层中的 水从中央空隙经通道排出。在此过程中，由于硅胶15微通道吸附的力学效应、通道表面分子 尺度的粗糖效应及化学非均质效应，活塞跟随胶体阻尼层收缩和膨胀过程中做"气-液-固" 边界的界面功，从而对流量脉动实现衰减，其实质上是一个并行R型滤波器。该滤波器相对 于一般的液体阻尼器的优势在于:它通过"气-液-固"边界的界面功的方式衰减流量脉动， 可W在不产生热量的情况下吸收大量机械能，且能量消耗不依赖于活塞速度，衰减效率有 了显著提高。
[0060]本发明还能实线工况自适应压力脉动衰减。当液压系统工况变化时，既执行元件 突然停止或运行，W及阀的开口变化时，会导致管路系统的特性阻抗发生突变，从而使原管 道压力随时间和位置变化的曲线也随之改变，则压力峰值的位置亦发生变化。由于本发明 的滤波器的轴向长度设计为大于系统主要压力脉动波长，且滤波器的插入式串并联H型滤 波器组的容腔长度、C型容腔滤波器的长度和弹性薄壁7的长度和滤波器轴线长度相等，保 证了压力峰值位置一直处于滤波器的有效作用范围内；而锥形阻尼孔6开在弹性薄壁7上， 沿轴线方向均匀分布，在弹性隔板10的轴向上均匀开有多个相同参数的锥形插入管2,锥形 阻尼孔6和锥形插入管2位置相互错开，使得压力峰值位置变化对滤波器的性能几乎没有影 响，从而实现了工况自适应滤波功能。考虑到=种滤波结构轴向尺寸和滤波器相当，运一较 大的尺寸也保证了液压滤波器具备较强的压力脉动衰减能力。
[0061 ]采用本发明的液压滤波器进行液压脉动滤波的方法如下：
[0062] 1)，液压流体通过输入管进入C型容腔滤波器，扩大的容腔吸收多余液流，完成高 频压力脉动的滤波；
[0063] 2)，通过弹性薄壁7受迫振动，消耗流体的压力脉动能量，完成中频压力脉动的滤 波；
[0064] 3 )，通过插入式串并联H型滤波器组，通过锥形阻尼孔、锥形插入管和流体产生共 振，消耗脉动能量，完成低频压力脉动的滤波；
[0065] 4)，将滤波器的轴向长度设计为大于液压系统主要压力脉动波长，且插入式串并 联H型滤波器长度、C型容腔滤波器长度和弹性薄壁7长度同滤波器长度相等，使压力峰值位 置一直处于滤波器的有效作用范围，实现系统工况改变时压力脉动的滤波。
[0066] W上的【具体实施方式】仅为本创作的较佳实施例，并不用W限制本创作，凡在本创 作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之 内。
【主权项】
1. 一种全频段工况自适应液压滤波器，其特征在于:包括输入管、外壳、输出管、弹性薄 壁、插入式H型滤波器以及插入式串联H型滤波器;其中，所述输入管连接于外壳的一端;所 述输出管连接于外壳的另一端;所述弹性薄壁沿外壳的径向安装于外壳内；所述输入管、输 出管和弹性薄壁共同形成一 C型容腔滤波器;所述弹性薄壁和外壳之间形成串联共振容腔 I、串联共振容腔II以及并联共振容腔;所述串联共振容腔I和串联共振容腔II之间通过一 弹性隔板隔开;所述弹性薄壁的轴向上均匀开有若干锥形阻尼孔;所述弹性隔板的轴向上 均匀开有若干锥形插入管，所述锥形插入管连通串联共振容腔I和串联共振容腔II;所述插 入式H型滤波器位于并联共振容腔内，其和锥形阻尼孔相连通;所述插入式串联H型滤波器 位于串联共振容腔I和串联共振容腔II内，其亦和锥形阻尼孔相连通;所述插入式H型滤波 器和插入式串联H型滤波器轴向呈对称设置，并组成插入式串并联H型滤波器。2. 如权利要求1所述的全频段工况自适应液压滤波器，其特征在于:所述输入管和输出 管的轴线不在同一轴线上。3. 如权利要求1所述的全频段工况自适应液压滤波器，其特征在于:所述锥形阻尼孔开 口较宽处位于串联共振容腔I和并联共振容腔内，其锥度角为10°。4. 如权利要求1所述的全频段工况自适应液压滤波器，其特征在于:所述锥形插入管开 口较宽处位于串联共振容腔II内，其锥度角为10° ;所述锥形插入管和锥形阻尼孔的位置相 互错开。5. 如权利要求1所述的全频段工况自适应液压滤波器，其特征在于:所述弹性薄壁的内 侧设有一胶体阻尼层;所述胶体阻尼层的内层和外层分别为外层弹性薄壁和内层弹性薄 壁，外层弹性薄壁和内层弹性薄壁之间由若干支柱固定连接;所述外层弹性薄壁和内层弹 性薄壁之间的夹层内填充有加防冻剂的纯净水，纯净水内悬浮有多孔硅胶。6. 如权利要求5所述的全频段工况自适应液压滤波器，其特征在于:所述胶体阻尼层靠 近输出管的一端和外壳相连;所述胶体阻尼层靠近输出管的一端设有一活塞。
【文档编号】F15B21/04GK105909611SQ201610312275
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】顾巍
【申请人】绍兴文理学院