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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 膜片式流體濾波器
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 膜片式流體濾波器采用結(jié)構(gòu)振動(dòng)方式，提供一種具有自適應(yīng)消振能力的多頻減振消聲器，用以消除液壓系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲。該流體濾波器與現(xiàn)有技術(shù)相比，顯著進(jìn)步有：①所需容積大大縮??；②具有寬頻帶的流體脈動(dòng)衰減效果；③具有系統(tǒng)化參數(shù)的選擇。 膜片式流體濾波器能夠滿足液壓系統(tǒng)高壓、穩(wěn)態(tài)大流量、耐腐蝕等工況要求，在高中低頻段都有較好的廣譜濾波效果，是一種用于高壓液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)抑制的新技術(shù)和新設(shè)備。
- 詳細(xì)介紹：
- 膜片式流體濾波器主要由上下蓋板、結(jié)構(gòu)振動(dòng)構(gòu)件、管路連接殼體等部分組成。管路連接殼體通過(guò)螺紋密封連接與主液壓管路相聯(lián)，在殼體上設(shè)計(jì)壓力平衡結(jié)構(gòu)，滿足高壓大穩(wěn)態(tài)流量下的壓力平衡，內(nèi)側(cè)加工有凸臺(tái)放置結(jié)構(gòu)振動(dòng)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)振動(dòng)構(gòu)件由三層構(gòu)成，上下兩層為剛性板，中間層為彈性纖維柔性膜。柔性膜由剛性板四周固定，固定時(shí)使柔性膜沿長(zhǎng)度方向產(chǎn)生一定張力，并根據(jù)液壓脈動(dòng)頻率特征及變化范圍，設(shè)計(jì)了不同的彈性纖維柔性膜截面參數(shù)，以擴(kuò)大濾波器的自適應(yīng)能力。上下蓋板則通過(guò)螺栓連接固定于管路連接殼體上。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 基本思路： 單自由度“質(zhì)量-彈簧-阻尼”系統(tǒng)是最具代表性也是最簡(jiǎn)單的機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)。我們?cè)O(shè)想，如果能在流體濾波器中設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小的機(jī)械式“質(zhì)量-彈簧-阻尼”振動(dòng)系統(tǒng)，將流體壓力脈動(dòng)作用于該系統(tǒng)使其產(chǎn)生振動(dòng)，再通過(guò)阻尼元件消耗振動(dòng)能量，豈不是可以達(dá)到消減流體脈動(dòng)的效果嗎？進(jìn)一步地，如果能使機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率與流體脈動(dòng)頻率吻合，機(jī)械系統(tǒng)諧振則大大提高這種振動(dòng)轉(zhuǎn)換的效率，從而實(shí)現(xiàn)流體脈動(dòng)的最有效消減。更進(jìn)一步地，如果在濾波器中并列地設(shè)計(jì)多個(gè)，甚至無(wú)限個(gè)這樣的機(jī)械諧振機(jī)構(gòu)，在一定頻率范圍內(nèi)，任意頻率成份的流體脈動(dòng)都可以對(duì)應(yīng)一個(gè)與之諧振的機(jī)械系統(tǒng)，則可以實(shí)現(xiàn)流體脈動(dòng)的廣譜濾波，其應(yīng)用工況大大拓寬，并具有自適應(yīng)性。 創(chuàng)新點(diǎn)： （1）在液壓系統(tǒng)中以多自由度機(jī)械諧振方式消減液壓系統(tǒng)流體脈動(dòng)，突破傳統(tǒng)抗性消聲器的濾波消聲局限。 （2）所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)振動(dòng)式流體濾波器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，避免常規(guī)流體濾波器結(jié)構(gòu)體積大的技術(shù)缺陷。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）構(gòu)建有效的振動(dòng)構(gòu)件。 根據(jù)液壓脈動(dòng)頻率特征及變化范圍，設(shè)計(jì)不同的彈性纖維柔性膜截面參數(shù)。 （2）液壓濾波器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方案 ●在通道中設(shè)計(jì)合適方式安裝若干個(gè)參數(shù)不同的振動(dòng)構(gòu)件，以擴(kuò)大頻率范圍 ●在殼體或邊界設(shè)計(jì)壓力平衡結(jié)構(gòu)，滿足高壓大穩(wěn)態(tài)流量下的壓力平衡。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 當(dāng)今國(guó)內(nèi)外研究最多的為H型液壓濾波器（Helmholtz諧振器），它利用油柱共振原理產(chǎn)生的反相波來(lái)衰減特定頻段內(nèi)脈動(dòng)幅值。當(dāng)H型液壓濾波器的固有頻率和液壓系統(tǒng)的脈動(dòng)主頻一樣時(shí)，H型液壓濾波器的濾波效果最好，但此時(shí)H型液壓濾波器必須要有足夠大的容腔體積。在液壓系統(tǒng)中，連接體積過(guò)大的液壓濾波器會(huì)使液壓系統(tǒng)的剛度下降，從而影響液壓系統(tǒng)傳動(dòng)和控制的精度。再者，濾波器的安裝也會(huì)受到尺寸的限制，影響H型液壓濾波器的應(yīng)用和推廣。 運(yùn)用結(jié)構(gòu)振動(dòng)方式抑制液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)的流體脈動(dòng)衰減器是從負(fù)載系統(tǒng)出發(fā)進(jìn)行壓力脈動(dòng)衰減，理論和實(shí)驗(yàn)分析均證明了合理的設(shè)計(jì)與安裝流體脈動(dòng)衰減器不但能降低壓力脈動(dòng)，還能夠改善液壓泵本身的工作特性。與現(xiàn)有技術(shù)相比該技術(shù)的特點(diǎn)和顯著進(jìn)步主要有： (1) 所需容積大大縮小。 (2) 具有寬頻帶的流體脈動(dòng)衰減效果。 (3) 具有系統(tǒng)化參數(shù)的選擇。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、樣品、現(xiàn)場(chǎng)演示、
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 膜片式流體濾波器旨在解決目前液壓系統(tǒng)中所使用的抗性濾波器存在容積大、濾波效果差、適應(yīng)頻段窄、無(wú)法調(diào)節(jié)諧振頻率以適應(yīng)工況變化等缺點(diǎn)，提供一種具有自適應(yīng)消振能力的多頻減振消聲器，利用結(jié)構(gòu)振動(dòng)方式，消除液壓系統(tǒng)中的振動(dòng)和噪聲。 適應(yīng)范圍及推廣前景： 膜片式流體濾波器可以安裝在液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的管路中，能夠減小或消除液壓系統(tǒng)中產(chǎn)生的不同頻率的液壓脈動(dòng)，在低中高頻段都具有較好的廣譜濾波效果，達(dá)到液壓系統(tǒng)傳動(dòng)過(guò)程中減振和降噪作用，提高系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性；同時(shí)能夠滿足液壓油的高壓、穩(wěn)態(tài)大流量、低壓縮性及耐腐蝕等工況的要求，特別適合于高壓液壓系統(tǒng)傳動(dòng)。
同類課題研究水平概述
- 抑制液壓系統(tǒng)流量和壓力脈動(dòng)的研究主要包含兩個(gè)方面,一是從改進(jìn)泵的本身結(jié)構(gòu)出發(fā)，即直接在脈動(dòng)源處消除流體的振動(dòng)，這是降低液壓脈動(dòng)最自然的方法。國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了許多研究，提出了一些改進(jìn)措施，如在齒輪泵結(jié)構(gòu)中加開卸荷槽，在柱塞泵壓出窗開三角尖槽等。盡管采取了一些改進(jìn)措施，但受到液壓泵周期性排油機(jī)制的約束，要根除流量脈動(dòng)是不可能的。一個(gè)性能良好的液壓泵如果出口負(fù)載特性不好，同樣產(chǎn)生可觀的噪聲。因此，單純從液壓泵入手解決液壓系統(tǒng)壓力脈動(dòng)是難以湊效的，需尋找其它降低壓力脈動(dòng)的方法。 另一途徑則是從負(fù)載系統(tǒng)方面采取措施以降低壓力脈動(dòng)，其措施有二： ① 減小系統(tǒng)的輸入阻抗，亦即減小泵的負(fù)載阻抗。 ② 增加對(duì)壓力脈動(dòng)的衰減和吸收作用。 實(shí)踐證明，加裝各種液壓消聲器對(duì)減小系統(tǒng)的輸入阻抗和增加對(duì)壓力脈動(dòng)衰減和吸收均有顯著作用。 但目前的抗性濾波器存在著以下一些難以克服的缺點(diǎn): ①大容積設(shè)計(jì), 許多設(shè)備因?yàn)榭臻g布置等因素顯得尤為突出; ②只有在流體共振時(shí)才有較佳的濾波效果，所有結(jié)構(gòu)的抗性濾波器只對(duì)特定頻率點(diǎn)及狹窄頻段才有良好濾波效果，無(wú)法調(diào)節(jié)諧振頻率以適應(yīng)工況變化; ③除了多腔共鳴器外, 其他脈動(dòng)衰減器都不能同時(shí)衰減基頻及其整數(shù)倍諧波流體脈動(dòng)。 香港學(xué)者Lixi Huang提出了結(jié)構(gòu)振動(dòng)的氣體濾波消聲原理，通過(guò)氣體-結(jié)構(gòu)的耦合，氣體噪聲控制問(wèn)題則變成了結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制問(wèn)題，而這一領(lǐng)域已有大量研究成果和成熟技術(shù)。如何實(shí)現(xiàn)“流體-結(jié)構(gòu)”振動(dòng)的高效轉(zhuǎn)換，及結(jié)構(gòu)振動(dòng)的有效衰減，則成為提高這類消聲器性能的關(guān)鍵。
