薄板振动式液压脉动衰减器滤波特性

　　0 前言

　　容积式液压泵的排油机制所决定的流量脉动在遇到系统负载阻抗后形成压力脉动并沿管道传* 国家自然科学基金(51275059)、国家科技支撑计划(2012BAF02B01)和浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室开放基金(GZKF-201021)资助项目。20120824 收到初稿，20130105 收到修改稿播，引起管路系统的振动及产生噪声，影响系统工作性能，缩短元件使用寿命，严重时会引起安全事故[1-2]。为了抑制这种流体脉动，人们研制了各种不同的流体脉动衰减器，如赫姆霍兹消声器[3]、旁支共鸣器[4]、多腔共鸣器[5]等。因受其滤波机制限制，这些滤波消声器频率选择性很强、频带窄，同时因体积结构庞大，安装的空间受限，无法满足实际应用需要。在工程应用中迫切需要一种新的液压滤波消声模式和结构，满足以下条件：① 高效滤波，频率范围能覆盖工程液压系统主要脉动特征频率，滤波装置通用性强；② 结构紧凑体积小，安装布置尽量不受空间限制；③ 高可靠性和成本低。

　　近几年，奥地利林茨约翰开普勒大学设计了一款结构振动式液压脉动衰减器[6]。该脉动衰减器是在液压系统的管路中旁接一个容腔，容腔中设置一个活塞式振动质量块。其作用机理类似于有阻尼的动力吸振器，通过共振容腔中活塞、弹簧和油液环境形成一个单自由度机械振动系统，当附加“弹簧-质量”系统的固有频率与激励力频率相同时，产生反共振现象，从而消除主系统的压力振动。这种脉动衰减器采用“质量-弹簧”结构，如果要设计成多个共振频率的系统，则结构复杂、体积庞大，难以在实际应用中推广。

　　为此，设计出一种结构简单、灵巧的薄板振动式脉动衰减器，用弹性薄板代替结构振动式脉动衰减器中的“质量+弹簧”组件，结构紧凑，同时又保留了容腔式赫姆霍兹谐振结构，从而实现了结构谐振和流体谐振的双重滤波。

　　1 薄板振动式脉动衰减器工作原理

　　薄板振动式脉动衰减器的原理如图 1 所示，主要包括壳体、固定板及弹性薄板。一块厚度均匀的弹性薄板固定在刚性板上。板后容腔通过静压平衡孔与主通道相通，使腔内外静压平衡。该静压平衡孔同时也是阻尼孔，为了保证合适的阻尼作用，在实际结构中，可开设在壳体中。周期性脉动压力持续作用在弹性薄板上，薄板则按脉动压力频率做周期性振动，即弹性薄板与流体耦合振动系统可看成一个受迫振动系统[7]。弹性薄板的往复振动，消耗液压脉动的能量，从而达到滤波的效果。

　　同时，静压平衡孔与板后静压平衡腔一起构成赫姆霍兹谐振器，是一个流体质量与流体弹簧组成的吸振系统。因此，该脉动衰减器是一个结构振动和流体振动两种谐振式滤波器的组合体，当脉动压力的频率与两个固有频率中任意一个接近时，产生谐振，使流体脉动得到最大程度的衰减。