一种液压脉动衰减器及液压脉动衰减器声子晶体

摘要

本申请实施例公开了一种液压脉动衰减器及液压脉动衰减器声子晶体。该衰减器中设置矩形腔体；支撑架设置在矩形腔体内，使得矩形腔体被分割为主容腔和共振腔；在支撑架上设置有连通主容腔和共振腔的颈管以及多个尺寸不同的通孔；并且，每个通孔均被一弹性薄板所覆盖；在共振腔内的容腔壳体的内壁上设置有柔性衬里层；在柔性衬里层内呈矩阵设置有多个与分流电路相连接的压电片。本实施例的液压脉动衰减器通过压电声学超材料的设置可以使得扩张室腔体结构更加紧凑；分流电路可根据实际工况的需要选择不同的类型，滤波频带可进一步拓宽；本实施例的液压脉动衰减器周期阵列可形成声子晶体结构，通过阵列个数的增减来控制衰减频带范围。

说明书

技术领域

本发明涉及液压管路流体脉动控制相关技术领域，具体地说是涉及一种液压脉动衰减器及液压脉动衰减器声子晶体。

背景技术

主机液压装备日益严苛的振动与噪声品质是推动液压减振降噪技术发展的重要动力。压力脉动通常被认为是液压系统振动与噪声的主要来源，安装脉动衰减器，特别是在泵源、管路布局等被限定的情况下，就成为一种非常灵活且有效的方式。近年来，随着液压系统高压、大流量、高精度方向发展，对传统液压脉动衰减器进行智能化升级，研制出能够实时监控系统参数变化、实时处理、实时发出指令调整各项参数的压力脉动衰减器，是智能化液压脉动衰减器与消声系统的发展方向。

近年来，在弹性介质基体中嵌入亚波长局域振子所构成的声学超材料，具有自然界的声学材料所不具备的超常等效物理参数，极大地提高了人们操控声波的能力。研究表明，将压电材料和谐振电路构成的压电振子，在基体材料或结构上，按照特殊设计的分布规则进行排布时形成的具有超常等效物理参数的声学超材料，具有局域共振频率可调、附加质量小、不破坏基体结构等优点，在低频隔声方面具有显著的优势。

中国专利申请(201510758285.X)公开了一种具有压电分流振子的液压脉动衰减器结构。该结构在腔内上、下表面设置PVDF压电薄膜，再将电极引出线与外部分流电路相连。环氧树脂衬里受到管内压力脉动激励后会产生振动，从而获得机械能。而包裹在树脂内部的压电薄膜是一种智能材料，其正压电效应可以将振动的机械能转换为电能。电能在分流电路中一部分可以被电阻元件转换成热量耗散掉，另一部分由于电感元件和压电片固有电容的相互作用而产生电磁谐振，形成局域振子。此外，将压力传感器所测脉动量作为控制目标，对分支电路参数实时调整，实现液压脉动的主被动一体化控制，但其结构过于复杂，电路参数不易调节，大大限制了这种液压脉动衰减器的应用与推广。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明的一个方面公开了一种液压脉动衰减器。

所述液压脉动衰减器主要包括容腔壳体、进口盖板、出口盖板和支撑架；其中，所述容腔壳体设置在所述进口盖板和所述出口盖板之间，使得在所述容腔壳体、所述进口盖板和所述出口盖板之间形成一矩形腔体；在所述进口盖板上设置有与所述矩形腔体相连通的进口接头管；在所述出口盖板设置有与所述矩形腔体相连通的出口接头管；所述支撑架设置在所述矩形腔体内，使得所述矩形腔体被分割为主容腔和共振腔；在所述支撑架上设置有连通所述主容腔和所述共振腔的颈管以及多个尺寸不同的通孔；并且，每个所述通孔均被一弹性薄板所覆盖；在所述共振腔内的所述容腔壳体的内壁上设置有柔性衬里层；在所述柔性衬里层内呈矩阵设置有多个压电片；每个所述压电片均通过导线与设置在所述容腔壳体外的分流电路相连接。

根据本发明的一个优选实施方式，所述进口盖板和所述出口盖板之间通过多个连接组件相连接，使得所述容腔壳体被压紧在所述进口盖板和所述出口盖板之间。

根据本发明的一个优选实施方式，所述连接组件包括螺栓和螺母；所述螺栓的螺纹端穿过所述进口盖板和所述出口盖板与所述螺母螺纹连接。

根据本发明的一个优选实施方式，所述容腔壳体与所述进口盖板之间以及所述容腔壳体和所述出口盖板之间均设置有密封圈；所述进口盖板与所述进口接头管之间以及所述出口盖板与所述出口接头管之间均设置有垫圈。

根据本发明的一个优选实施方式，所述弹性薄板的厚度为0.05mm～1mm。

根据本发明的一个优选实施方式，所述支撑架上设置有螺纹孔；所述颈管安装在所述螺纹孔上。

根据本发明的一个优选实施方式，所述螺纹孔的打孔率小于5％。

根据本发明的一个优选实施方式，在所述压电片的电极处设置有防水层。

根据本发明的一个优选实施方式，所述弹性薄板被压板压接在所述支撑架上；并且，所述压板通过螺钉固定在所述支撑架上。

本发明的另一个方面公开了一种液压脉动衰减器声子晶体。所述液压脉动衰减器声子晶体包括至少三个如上任意一项所述的液压脉动衰减器；其中，至少三个所述液压脉动衰减器间隔布置。

与现有技术相比，本发明实施例的液压脉动衰减器具有如下有益效果：

本发明实施例的液压脉动衰减器通过在共振腔内的容腔壳体的内壁上设置柔性衬里层，在柔性衬里层内呈矩阵设置多个压电片且每个压电片均通过导线与设置在容腔壳体外的分流电路相连接，可以形成适用于液压油液介质环境下的压电声学超材料，从而使得扩张室腔体结构更加紧凑；并且，分流电路可根据实际工况的需要选择不同的类型，滤波频带可进一步拓宽；另外，本发明实施例的种液压脉动衰减器周期阵列可形成声子晶体结构，并可以通过阵列个数的增减来控制衰减频带范围。

本发明的一部分附加特性可以在下面的描述中进行说明。通过对以下描述和相应附图的检查或者对实施例的生产或操作的了解，本发明的一部分附加特性对于本领域技术人员是明显的。本发明披露的特性可以通过对以下描述的具体实施例的各种方法、手段和组合的实践或使用得以实现和达到。

附图说明

在此所述的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。在各图中，相同标号表示相同部件。其中，

图1是根据本发明的一些实施例所示的液压脉动衰减器的结构示意图；

图2是根据本发明的一些实施例所示的液压脉动衰减器中设置有压电片的柔性衬里层的结构示意图；

图3是根据本发明的一些实施例所示的液压脉动衰减器声子晶体安装于脉动衰减器测试台的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，如果本发明的说明书和权利要求书及上述附图中涉及到术语“第一”、“第二”等，其是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，如果涉及到术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本发明中，如果涉及到术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等，其指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明中，如果涉及到术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明实施例的一个方面公开了一种液压脉动衰减器。

如图1所示，该液压脉动衰减器可以包括容腔壳体15、进口盖板4、出口盖板5和支撑架9。

其中，容腔壳体15设置在进口盖板4和出口盖板5之间，使得在容腔壳体15、进口盖板4和出口盖板5之间形成一矩形腔体。

进一步的，进口盖板4和出口盖板5之间可以通过多个连接组件相连接，使得容腔壳体15被压紧在进口盖板4和出口盖板5之间。示例性的，连接组件可以包括螺栓3和螺母17。其中，螺栓3的螺纹端穿过进口盖板4和出口盖板5与螺母17螺纹连接。

在容腔壳体15与进口盖板4之间以及容腔壳体15和出口盖板5之间均设置有密封圈7。

在进口盖板4上设置有与矩形腔体相连通的进口接头管1，在出口盖板5设置有与矩形腔体相连通的出口接头管8，使得其可以形成扩张室结构。进一步的，在进口盖板4与进口接头管1之间以及出口盖板5与出口接头管8之间均设置有垫圈2。

其中，支撑架9设置在矩形腔体内，使得矩形腔体被分割为主容腔16和共振腔6。

在支撑架9上设置有连通主容腔16和共振腔6的颈管10，通过设置颈管10可以使得腔内外静压平衡。示例性的，支撑架9上设置有螺纹孔。颈管10安装在螺纹孔上。具体的，在支撑架9的上下表面各打一个螺纹孔，并接上颈管10即可。进一步的，螺纹孔的打孔率小于5％，使得颈管与共振腔6可以构成Helmholtz共振器。具体的，在支撑架9的上下表面各打一个螺纹孔，并接上颈管10。由于颈管打孔率小于5％，因此颈管与共振腔6可以构成Helmholtz共振器，其是一个流体质量与流体弹簧组成的吸振系统。

在支撑架9上设置有多个尺寸不同的通孔。并且，每个通孔均被一弹性薄板11所覆盖，使得多个不同半径、厚度相同的弹性薄板11紧固在支撑架9上。

示例性的，弹性薄板11可以被压板压接在支撑架9上。并且，压板通过螺钉固定在支撑架9上，从而使得主容腔16和共振腔6被弹性薄板11隔开，使得弹性薄板11位于主管道16和共振容腔6之间，双边载流。当周期性脉动压力持续作用在弹性薄板11上，弹性薄板11则按脉动频率做周期性振动。弹性薄板11的往复振动，消耗液压脉动的能量，达到滤波的效果。

具体的，在本实施例中，为了加工方便，支撑架9可以选用矩形型材(如矩形管)进行加工，只需对型材内外表面进行简单处理，保证光滑性即可。再在矩形型材(如矩形管)的上下表面各加工数个不同边长的通孔，通孔形状不固定，可以是方形孔或不同直径的圆孔。支撑架9的一端可以焊接在进口盖板4上，另一端则通过连接组件被拉紧压接在出口盖板5上。弹性薄板11可以通过压板和螺钉固定在支撑架9的外表面，此时，弹性薄板11位于主管道16和共振容腔6之间，双边载流。当周期性脉动压力持续作用在弹性薄板11上，弹性薄板11则按脉动频率做周期性振动。弹性薄板11的往复振动，消耗液压脉动的能量，达到滤波的效果。

作为一个优选的实施方式，弹性薄板11的厚度为0.05mm～1mm。

其中，在共振腔6内的容腔壳体15的内壁上设置有柔性衬里层14。示例性的，柔性衬里层14可以采用聚氨酯柔性衬里板。

在柔性衬里层14内呈矩阵设置有多个压电片13。示例性的，柔性衬里层14表面加工出矩形阵列孔，用以放置压电片13，如图2所示。示例性的，压电片13可以采用压电薄膜片。

每个压电片13均通过导线与设置在容腔壳体15外的分流电路12相连接。并且在压电片13的电极处设置防水层。示例性的，压电片13两侧铝电极涂有防水胶，形成防水层。在容腔壳体15上设置有穿线孔，以便引出压电片13的连接导线。在压电片引出的导线上连接分流电路12。由于压电分流电路类型(电阻分流电路、谐振分流电路以及负电容分流电路等)众多，可根据需要自行选择搭配的电路。(例如，可以参考陈圣兵于2014年发表的工学博士学位论文《基于压电分流阵列的带隙调控及振动抑制》)。在本实施例中，可以选择由一个电阻和一个电感串联构成的谐振分流电路，局域共振频率可以很方便地通过外部电路加以调节。通过将分流电路12连接设置在柔性衬里层14上的压电片13可以形成具有超常物理参数的声学超材料板。

即本实施例中，通过在共振腔6内设置柔性衬里层14，并在柔性衬里层14表面加工出矩形槽用以放置压电片13，压电片13两侧表面的电极进行防水绝缘处理，并将电极引出线(导线)通过容腔壳体15上的穿线孔引出，再将分流电路12(如谐振型电路)与引出线连接可以构成压电分流型声学超材料。并可适用于液压油液介质环境。

本实施例的液压脉动衰减器采用多模态分流电路，即在每块压电片上并联多支谐振电路，可以使每个谐振分支的共振频率均不同；本实施例的液压脉动衰减器扩张室结构与弹性薄板、Helmholtz共振腔结合可以进一步拓宽滤波频带。

进一步的，本发明实施例的另一个方面公开了一种液压脉动衰减器声子晶体。该液压脉动衰减器声子晶体包括至少三个如上所述的液压脉动衰减器。

其中，至少三个液压脉动衰减器间隔布置。即以间隔方式布置三个及以上的液压脉动衰减器可构成液压声子晶体。

如图3所示，其示出了本发明实施例的液压脉动衰减器声子晶体安装于脉动衰减器测试台上的连接方式。

其中，脉动衰减器测试台包括油箱18、过滤器19、电机20、液压泵21、溢流阀22、周期阵列排列的多个液压脉动衰减器23、节流阀24、截止阀25和压力表26。测试台采用变频调速电机驱动一个9柱塞液压泵以产生不同频率的压力脉动波。

综上，本实施例的液压脉动衰减器通过压电声学超材料的设置可以使得扩张室腔体结构更加紧凑；分流电路可根据实际工况的需要选择不同的类型，滤波频带可进一步拓宽；本实施例的液压脉动衰减器周期阵列可形成声子晶体结构，通过阵列个数的增减来控制衰减频带范围。

需要注意的是，本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

另外，上述具体实施例是示例性的，本领域技术人员可以在本发明公开内容的启发下想出各种解决方案，而这些解决方案也都属于本发明的公开范围并落入本发明的保护范围之内。本领域技术人员应该明白，本发明说明书及其附图均为说明性而并非构成对权利要求的限制。本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。