H型液压滤波器的合理应用

　　0　引　言

　　目前液压系统向高压、高速和大功率方向不断发展,应用范围越来越广,然而液压系统的压力脉动却成为其发展的主要障碍之一。压力脉动会造成液压泵、阀和液压马达等元件的冲击,影响其工作性能,降低其使用寿命。H型液压滤波器对消除压力脉动具有良好的效果,但传统液压滤波理论只给出了H型液压滤波器的固有频率公式,而没有说明H型液压滤波器具体的各个参数和滤波效果的关系[1-2]。因此,本文运用液压流体运动力学,对H型液压滤波器进行了理论分析、仿真与试验研究,探究不同参数的H型液压滤波器的滤波性能、滤波前后压力脉动的波形曲线和滤波前后压力脉动的频谱,由此得出设计H型液压滤波器时应遵循的准则。

　　1　H型液压滤波器工作原理

　　H型液压滤波器,又称Holmoltz共振液压滤波器,它是由直径为d、长度为L的小孔以及体积为V的容腔组成,如图1所示[3]。当泵源压力波传到H型液压滤波器时,小孔中的液柱在脉动压力作用下,像活塞一样往复运动,运动的液柱具有一定的质量,再加上管道的阻尼作用,削弱了压力脉动所引起的运动速度变化。另外,容腔中的液体具有阻碍来自小孔的压力变化的特性,当外来压力波的脉动频率与H型液压滤波器的固有频率相同时,便发生共振,此时,液柱在小孔中振动的速度最快,摩擦损耗最大,吸收的脉动能量也最多。

　　为进一步分析H型液压滤波器对泵源压力和流量脉动的衰减和吸收作用,有必要对管路系统的动态特性进行分析。如图2所示的一段管路,设入口压力和流量分别为P1、Q1,出口的压力和流量分别为P2、Q2,距入口距离为x处的压力和流量分别为P、Q,长度为dx的单元液柱的微分方程[4-5]为

　　(1)运动微分方程可以用式(1)表示:

　　式中: A为管道的截面积,A=πd2/4;Rf为层流状态管路的摩擦阻力,Rf=32ρL Q2υ/d2,υ为液体的运动粘度,ρ为液体的密度;Rv为摩擦阻力系数,Rv=32υ/d2。

　　(2)连续性方程可以用式(2)表示:

　　式中:βe为液体的体积弹性模量。

　　对式(1)、式(2)进行拉氏变换并求解,并注意到边界条件为:x =0时,P(s) = P1(s),Q(s) =Q1(s);x=L时,P(s)=P2(s),Q(s)=Q2(s),由此可得

　　式中:Zc(s)为管路的阻抗特性,c为管路中压力波的传播速度,为传播因子。

　　式(3)为按分布参数处理管路动态特性的基本方程,又称管路的输入输出基本方程,它表示了管路输入端参数P1(s)、Q1(s)和输出端参数P2(s)、Q2(s)之间的线性变换关系。如对式(3)sh(Γ(s)L)、ch(Γ(s)L)按泰勒级数展开,只取级数第一项(Γ(s)L),则有