基本信息
- 项目名称：
- 膜片式流体滤波器
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 膜片式流体滤波器采用结构振动方式，提供一种具有自适应消振能力的多频减振消声器，用以消除液压系统的振动和噪声。该流体滤波器与现有技术相比，显著进步有：①所需容积大大缩小；②具有宽频带的流体脉动衰减效果；③具有系统化参数的选择。 膜片式流体滤波器能够满足液压系统高压、稳态大流量、耐腐蚀等工况要求，在高中低频段都有较好的广谱滤波效果，是一种用于高压液压系统压力脉动抑制的新技术和新设备。
- 详细介绍：
- 膜片式流体滤波器主要由上下盖板、结构振动构件、管路连接壳体等部分组成。管路连接壳体通过螺纹密封连接与主液压管路相联，在壳体上设计压力平衡结构，满足高压大稳态流量下的压力平衡，内侧加工有凸台放置结构振动构件。结构振动构件由三层构成，上下两层为刚性板，中间层为弹性纤维柔性膜。柔性膜由刚性板四周固定，固定时使柔性膜沿长度方向产生一定张力，并根据液压脉动频率特征及变化范围，设计了不同的弹性纤维柔性膜截面参数，以扩大滤波器的自适应能力。上下盖板则通过螺栓连接固定于管路连接壳体上。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 基本思路： 单自由度“质量-弹簧-阻尼”系统是最具代表性也是最简单的机械振动系统。我们设想，如果能在流体滤波器中设计结构简单体积小的机械式“质量-弹簧-阻尼”振动系统，将流体压力脉动作用于该系统使其产生振动，再通过阻尼元件消耗振动能量，岂不是可以达到消减流体脉动的效果吗？进一步地，如果能使机械振动系统的固有频率与流体脉动频率吻合，机械系统谐振则大大提高这种振动转换的效率，从而实现流体脉动的最有效消减。更进一步地，如果在滤波器中并列地设计多个，甚至无限个这样的机械谐振机构，在一定频率范围内，任意频率成份的流体脉动都可以对应一个与之谐振的机械系统，则可以实现流体脉动的广谱滤波，其应用工况大大拓宽，并具有自适应性。 创新点： （1）在液压系统中以多自由度机械谐振方式消减液压系统流体脉动，突破传统抗性消声器的滤波消声局限。 （2）所设计的结构振动式流体滤波器结构简单紧凑，避免常规流体滤波器结构体积大的技术缺陷。 技术关键： （1）构建有效的振动构件。 根据液压脉动频率特征及变化范围，设计不同的弹性纤维柔性膜截面参数。 （2）液压滤波器结构设计基本方案 ●在通道中设计合适方式安装若干个参数不同的振动构件，以扩大频率范围 ●在壳体或边界设计压力平衡结构，满足高压大稳态流量下的压力平衡。
科学性、先进性
- 当今国内外研究最多的为H型液压滤波器（Helmholtz谐振器），它利用油柱共振原理产生的反相波来衰减特定频段内脉动幅值。当H型液压滤波器的固有频率和液压系统的脉动主频一样时，H型液压滤波器的滤波效果最好，但此时H型液压滤波器必须要有足够大的容腔体积。在液压系统中，连接体积过大的液压滤波器会使液压系统的刚度下降，从而影响液压系统传动和控制的精度。再者，滤波器的安装也会受到尺寸的限制，影响H型液压滤波器的应用和推广。 运用结构振动方式抑制液压系统压力脉动的流体脉动衰减器是从负载系统出发进行压力脉动衰减，理论和实验分析均证明了合理的设计与安装流体脉动衰减器不但能降低压力脉动，还能够改善液压泵本身的工作特性。与现有技术相比该技术的特点和显著进步主要有： (1) 所需容积大大缩小。 (2) 具有宽频带的流体脉动衰减效果。 (3) 具有系统化参数的选择。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物、图纸、样品、现场演示、
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 技术特点和优势： 膜片式流体滤波器旨在解决目前液压系统中所使用的抗性滤波器存在容积大、滤波效果差、适应频段窄、无法调节谐振频率以适应工况变化等缺点，提供一种具有自适应消振能力的多频减振消声器，利用结构振动方式，消除液压系统中的振动和噪声。 适应范围及推广前景： 膜片式流体滤波器可以安装在液压传动系统的管路中，能够减小或消除液压系统中产生的不同频率的液压脉动，在低中高频段都具有较好的广谱滤波效果，达到液压系统传动过程中减振和降噪作用，提高系统的安全性和稳定性；同时能够满足液压油的高压、稳态大流量、低压缩性及耐腐蚀等工况的要求，特别适合于高压液压系统传动。
同类课题研究水平概述
- 抑制液压系统流量和压力脉动的研究主要包含两个方面,一是从改进泵的本身结构出发，即直接在脉动源处消除流体的振动，这是降低液压脉动最自然的方法。国内外学者进行了许多研究，提出了一些改进措施，如在齿轮泵结构中加开卸荷槽，在柱塞泵压出窗开三角尖槽等。尽管采取了一些改进措施，但受到液压泵周期性排油机制的约束，要根除流量脉动是不可能的。一个性能良好的液压泵如果出口负载特性不好，同样产生可观的噪声。因此，单纯从液压泵入手解决液压系统压力脉动是难以凑效的，需寻找其它降低压力脉动的方法。 另一途径则是从负载系统方面采取措施以降低压力脉动，其措施有二： ① 减小系统的输入阻抗，亦即减小泵的负载阻抗。 ② 增加对压力脉动的衰减和吸收作用。 实践证明，加装各种液压消声器对减小系统的输入阻抗和增加对压力脉动衰减和吸收均有显著作用。 但目前的抗性滤波器存在着以下一些难以克服的缺点: ①大容积设计, 许多设备因为空间布置等因素显得尤为突出; ②只有在流体共振时才有较佳的滤波效果，所有结构的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，无法调节谐振频率以适应工况变化; ③除了多腔共鸣器外, 其他脉动衰减器都不能同时衰减基频及其整数倍谐波流体脉动。 香港学者Lixi Huang提出了结构振动的气体滤波消声原理，通过气体-结构的耦合，气体噪声控制问题则变成了结构振动控制问题，而这一领域已有大量研究成果和成熟技术。如何实现“流体-结构”振动的高效转换，及结构振动的有效衰减，则成为提高这类消声器性能的关键。
