[实用新型]一种宽频液压系统减振消声器

说明书

技术领域

本实用新型专利涉及一种液压系统过程中的减振消声设备，该设备具有多种频率的共振钢板簧，利用液体与固体的耦合振动，消除液压系统中的不同频率的振动能量，从而达到减振和消声的效果。

背景技术

液压系统是各类机械设备的核心技术。随着液压技术向高速、高压和大功率方向发展，液压系统中的振动与噪声成为妨碍液压技术进步和生命财产安全的重要因素之一。

液压系统的振动与噪声主要来自机械振动与噪声和流体振动与噪声两方面。除利用振动原理进行工作的液压设备外，液压系统振动与噪声通常是非常有害的。机械振动与噪声可以采用目前比较成熟的措施予以消减和隔离。而流体压力脉动引发的振动和噪声沿管路传播，直接导致管道的应力脉动和机械振动。美国科研人员在Mcdonnell公司研制F-15战斗机的过程中得出如下规律：压力脉动幅值大于系统工作压力的10％时，将导致较高的振动应力，使出口导管迅速破坏；压力脉动幅值在系统工作压力的2.5-10％范围内，则管夹垫子易磨损，可能导致导管破坏，泵源回路中的单向阀也容易磨损，影响系统工作可靠性。国内外由于液压系统振动所引起的事故屡见不鲜，如美国的F14及我国的歼七及歼八飞机等都发生过类似的事故。

液压泵的内部结构特性决定了输出的流量不是恒定而是变化的，泵的输出流量遇到系统负载阻抗后形成系统压力，从而决定了输出流量和压力的周期性。

直接在脉动源处消除流体的振动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，但因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。

流体脉动衰减器就是从负载系统出发来衰减压力脉动，其原理来源于气体消声器。气体消声滤波有阻性滤波和抗性滤波两大类。阻性滤波器通过吸收系数较大的阻性材料使气流产生摩擦来衰减压力脉动和流量脉动，滤波频带较宽，但在低频时性能降低。在液压系统中，阻性滤波技术因压力损失大而无法使用。抗性滤波器是在管道上连接截面突变的管段或旁接共振腔，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。

传统的滤波消声原理属于被动式，滤波器结构参数是不可变的，即使可变，也是人工手动调节，不具有自适应消振的能力。为此，国内外学者提出了多种主动消振策略，通过检测源脉动用控制器控制执行器产生二次脉动以抵消源脉动。理论上，源脉动和二次脉动幅值相同，相位相反(相位差为π)时，合成脉动为零。由于脉动并不是简谐振动，而是多次谐波组成的周期信号，再加上其他干扰因素的影响，液压系统中流量和压力脉动的频率成分非常丰富，实际上不可能使管路流量及压力脉动补偿到零。不论是哪一种主动控制方式，控制系统均较复杂，成本也很高，实际应用效果不理想，目前仅限于原理研究，未见工程应用的报导。

香港学者Lixi Huang提出了结构振动的气体滤波消声原理：在刚性管道中嵌入一段有一定轴向张力的柔性膜管，膜管上游边沿处因膜管膨胀变形使压力波产生反射，而通过的声波振动波则一分为二，一部分转换成柔性膜的弯曲变形波，剩下部分再向下游传递。这种消声器最重要的特征是不再利用流体的共振，而是通过流体结构的耦合振动将气体振动转换成结构(柔性膜)的振动，这种转换效应远高于气--固摩擦。Lixi Huang在上述消声结构的基础上，在膜管外面加装一个刚性的类似于常规共振型消声器共振腔的密封腔体，内充一定质量的气体，产生了一种称之为“击鼓式消声器”的结构振动式消声器，试验证明，该消声器在低中频段有较好的广谱消声效果。

结构振动式气体消声原理为液压系统脉动控制提供了全新的思路。但是，与气体消声滤波器不同的是，液压滤波器结构还必须适应液压油的高压、稳态大流量、低压缩性及耐腐蚀等工况要求。上述结构振动式消声结构无法满足液压系统的工况需要。因此，本实用新型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，为液压系统振动及噪声控制提供了实用手段。

实用新型内容