结构共振式滤波器试验研究

　　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危害生命财产安全的重要因素之一[1]。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,液压系统的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[2]: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[3],因此必须有针对性地采取措施对液压系统进行减振降噪。

　　1 液压脉动滤波器工作原理

　　结构共振式滤波器是通过流体-结构(Fluid-structure)的耦合振动将液体振动转换成结构的振动,消除液压系统中流量和压力的周期性波动,吸收压力冲击,降低因液压振动造成的机械振动,提高液压系统工作可靠性。

　　结构共振式滤波器结构如图1 (a)所示,包括管接头1、滤波器壳体2、固定螺母3、压板4、弹簧5和振动体6,集中弹簧5、振动体6及振动体中的阻尼孔构成/质量+弹簧+阻尼0集中参数振动系统。结构共振式滤波器衰减液压脉动等效系统如图1(b)所示,其运动方程为:

式中:m为振动体质量, kg;d为阻尼系数, N#s/m;c为弹簧刚度, N/m;x为位移, m。

　　共振频率为:

　　结构共振式滤波器工作原理为:当具有一定脉动频率ω₀的液压油经管接头P口进入容腔时,如果ω₀接近集中参数振动系统的共振频率ω,将会引起集中参数振动系统振动形成共振,以此减小或消除液压系统中的脉动能量,经减振后的液压油从管接头T口流出,从而达到液压系统的减振降噪效果。

　　2 试验研究及结果分析

　　为了研究液压系统压力脉动情况及采取滤波后液压脉动抑制的效果,作者在试验台架上设计了2组实验,检验滤波器的使用性能。

　　2.1 试验原理

　　液压脉动滤波试验台架原理如图2所示,在试验台架上,通过变频调速电机调整液压泵的流量脉动频率,用节流加载模拟工作负荷,测量稳态流量时滤波器前后的动态压力p1和p2。测量数据进入数据采集与分析系统,进行在线和离线分析,检测产品性能。