流-固耦合共振式液压滤波器性能研究

　　引 言

　　在各种流体管路系统中，如液压系统、燃油系统、冷却水系统等，由于要周期性地泵送工作介质，因而就不可避免地要产生流量脉动与压力脉动沿管路传播。介质脉 动所产生的交变力使管路及它所连接的附件产生振动，强烈的振动会使管路附件以及它们的连接部分松动或破裂，并引起系统结构的振动。为了对液压系统中的振动 和噪声进行抑制，人们研制了各种管路流体滤波器，常用的滤波器有共振型、容腔型、阻性型[1]。

　　共振型液压滤波器是利用共振来吸收能量的原理而达到脉动消减的目的。这种滤波器直流压损小，结构简单，在其共振频率范围内衰减效果好。容腔型液压滤波器主要减小有效容积模量或增加有效容积模量达到消减压力脉动的作用。

　　本文在比较分析各种流体脉动消声器的基础上，利用结构式气体消声原理为液压系统脉动控制提供全新的思路[2]，针对共振型液压滤波器因其共振容腔小而衰减 不够，或共振容腔大而降低了系统的液压刚度，设计了一种流-固耦合共振式液压脉动滤波器，以获得在较宽的频率范围内取得较好的脉动消减效果。

　　1 工作原理

　　当液压系统的流量脉动和压力脉动沿管路传播，工作介质必然引起液压-弹簧系统的振动，液压-弹簧系统反过来又会影响液压系统的流量脉动和压力脉动，这是一个典型的液压和弹性体的耦合振动问题。

　　图 1 所示为流-固耦合结构振动式液压脉动滤波器连接到主液压系统1，滤波器由充满液压油共振容腔 2、工作活塞 3 和四根定位弹簧 4 组成。工作活塞在四根定位弹簧在预紧力的作用下位于共振容腔的中心。工作活塞的回复力是由共振容腔液压油弹簧提供，主液压系统管道与容腔液压油弹簧 2 之间是封闭的。主系统压力脉动 p(t)的作用下激励，当压力脉动增加时，工作活塞受到压力向下运动，工作活塞下的液压油体积压缩，吸收能量；当压力脉动减小时，工作活塞下的液压油体积 膨胀，释放能量推动工作活塞向上运动，工作活塞起到平衡主液压系统和液压弹簧之间压力的作用。从动力学角度看，在大多数情况下，定位弹簧的刚度可以忽略。 活塞质量块不断地往复上下振动，消耗液压脉动能量，从而起到液压滤波的作用。主液压系统激励频率接近或等于液压滤波器的频率时，衰减效果将最好[3]。

　　2 声学模型

　　图 2 为液压滤波器的简化模型，此模型中共振容腔液压油弹性刚度为k_HS，定位弹簧刚度为k_CS，容腔液压油阻尼为C,活塞质量块径口与主液压系统管道作用面积为A_p。