一種用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法
【專利摘要】本發明涉及一種用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其通過過濾器衰減液壓油的壓力/流量脈動，其采用全頻段變結構濾波器；通過U型微粒分離模塊實現固體微粒的分離，使油液中的固體微粒向管壁運動，并通過回油筒進油管進入回油筒后回流到油箱，含微量小粒徑微粒的管道中心的油液通過內筒進油管進入內筒進行高精度過濾，提高了濾芯的使用壽命；進入內筒進油管的油液以切向進流的方式流入內筒的螺旋流道，內筒壁為濾芯，則濾液在離心力的作用下緊貼濾芯流動，濾液平行于濾芯的表面快速流動，過濾后的液壓油則垂直于濾芯表面方向流出到外筒；沉積在內筒底部的污染顆粒可定時通過電控止回閥排出到回油筒，提高濾芯使用壽命。
【專利說明】一種用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法 【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種液壓油過濾方法，具體涉及一種用全頻段變結構濾波、起電、分離 和吸附的過濾方法，屬于液壓設備技術領域。 【【背景技術】】
[0002] 國內外的資料統計表明，液壓系統的故障大約有70%~85%是由于油液污染引起 的。固體顆粒則是油液污染中最普遍、危害作用最大的污染物。由固體顆粒污染物引起的液 壓系統故障占總污染故障的70%。在液壓系統油液中的顆粒污染物中，金屬磨肩占比在 20%~70%之間。采取有效措施濾除油液中的固體顆粒污染物，是液壓系統污染控制的關 鍵，也是系統安全運行的可靠保證。
[0003] 過濾器是液壓系統濾除固體顆粒污染物的關鍵元件。液壓油中的固體顆粒污染 物，除油箱可沉淀一部分較大顆粒外，主要靠濾油裝置來濾除。尤其是高壓過濾裝置，主要 用來過濾流向控制閥和液壓缸的液壓油，以保護這類抗污染能力差的液壓元件，因此對液 壓油的清潔度要求更高。
[0004] 然而，現有的液壓系統使用的高壓過濾器存在以下不足：（1)各類液壓元件對油液 的清潔度要求各不相同，油液中的固體微粒的粒徑大小亦各不相同，為此需要在液壓系統 的不同位置安裝多個不同類型濾波器，由此帶來了成本和安裝復雜度的問題；（2)液壓系統 中的過濾器主要采用濾餅過濾方式，過濾時濾液垂直于過濾元件表面流動，被截流的固體 微粒形成濾餅并逐漸增厚，過濾速度也隨之逐漸下降直至濾液停止流出，降低了過濾元件 的使用壽命。
[0005] 因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種創新的用全頻段變結構濾波、起 電、分離和吸附的過濾方法，以克服現有技術中的所述缺陷。 【
【發明內容】
】
[0006] 為解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種過濾性能好，適應性和集成性 高，使用壽命長的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法。
[0007] 為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:一種用全頻段變結構濾波、起電、分 離和吸附的過濾方法，其特征在于:其采用一種過濾箱，該過濾箱包括底板、濾波器、U型微 粒分離模塊、回油筒、內筒、螺旋流道、濾芯、外桶以及端蓋;其中，所述濾波器、U型微粒分離 模塊、回油筒、外桶依次置于底板上;所述濾波器包括輸入管、外殼、輸出管、S型彈性薄壁、Η 型濾波器以及串聯Η型濾波器;其中，所述輸入管連接于外殼的一端，其和一液壓油進口對 接;所述輸出管連接于外殼的另一端，其和U型微粒分離模塊對接;所述S型彈性薄壁沿外殼 的徑向安裝于外殼內，其內形成膨脹腔和收縮腔;所述輸入管、輸出管和S型彈性薄壁共同 形成一 S型容腔濾波器;所述S型彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形變結構阻尼孔;所述 錐形變結構阻尼孔由錐形彈性阻尼孔管和縫孔組成;所述S型彈性薄壁和外殼之間形成串 聯共振容腔I以及并聯共振容腔;所述串聯共振容腔I的外側設一串聯共振容腔II，所述串 聯共振容腔I和串聯共振容腔II之間通過一錐形插入管連通;所述Η型濾波器位于并聯共振 容腔內，其和錐形變結構阻尼孔相連通;所述串聯Η型濾波器位于串聯共振容腔I和串聯共 振容腔II內，其亦和錐形變結構阻尼孔相連通;所述Η型濾波器和串聯Η型濾波器軸向呈對 稱設置，并組成串并聯Η型濾波器;所述U型微粒分離模塊包括一U型管，U型管上依次安裝有 起電模塊、分離模塊、吸附模塊和消磁模塊;所述U型微粒分離模塊和回油筒的上方通過一 回油筒進油管連接;所述內筒置于外桶內，其通過一頂板以及若干螺栓安裝于端蓋上;所述 螺旋流道收容于內筒內，其和U型微粒分離模塊之間通過一內筒進油管連接;所述內筒進油 管位于回油筒進油管內，并延伸入U型微粒分離模塊的中央，其直徑小于回油筒進油管直 徑，且和回油筒進油管同軸設置;所述濾芯設置在內筒的內壁上，其精度為1-5微米;所述外 桶的底部設有一液壓油出油口；
[0008] 其包括如下步驟：
[0009] 1 )，液壓管路中的油液通過濾波器，濾波器衰減液壓系統中的高、中、低頻段的脈 動壓力，以及抑制流量波動；
[001 0] 2)，回流液壓油進入U型微粒分離模塊的起電模塊，使油液中的顆粒物質帶電，之 后送至分離模塊；
[0011] 3)，通過分離裝置使油液中的帶電微粒在外力的作用下向管壁聚合，之后回油送 至吸附裝置；
[0012] 4)，通過吸附模塊吸附回油中的磁性聚合微粒，之后回油送至消磁模塊；
[0013] 5)，通過消磁模塊消除磁性微粒磁性；
[0014] 6)，之后U型微粒分離模塊管壁附近的油液通過回油筒進油管進入回油筒后回流 到油箱，而含微量小粒徑微粒的管道中心的油液則通過內筒進油管進入內筒進行高精度過 濾；
[0015] 7 )，攜帶小粒徑微粒的油液以切向進流的方式流入內筒的螺旋流道，油液在離心 力的作用下緊貼濾芯流動，并進行高精度過濾；
[0016] 8)，高精度過濾后的油液排入外筒，并通過外筒底部的液壓油出油口排出。
[0017] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述輸入 管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形變結構阻尼孔開口較寬處位于串聯共振容腔 I和并聯共振容腔內，其錐度角為10° ;所述錐形變結構阻尼孔錐形彈性阻尼孔管的楊氏模 量比彈性薄壁的楊氏模量要大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔的楊氏模量比錐形彈 性阻尼孔管的楊氏模量要大，能隨流體壓力開啟或關閉；所述錐形插入管開口較寬處位于 串聯共振容腔II內，其錐度角為10°。
[0018] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述起電 模塊包括若干電極以及一電極控制器;所述若干電極安裝于U型管上，其分別連接至電極控 制器。
[0019] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述分離 模塊采用均勻磁場分離模塊，該均勻磁場分離模塊包括鋁質管道、兩個磁極以及磁極控制 器;其中，所述兩個磁極分別設置在鋁質管道上，該兩個磁極的極性相反，并呈相對設置;所 述兩個磁極分別電性連接至磁極控制器上。
[0020] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述分離 模塊采用旋轉磁場分離模塊，該旋轉磁場分離模塊包括鋁質管道、鐵質外殼、三相對稱繞組 以及三相對稱電流模塊;所述三相對稱繞組繞在鋁質管道外；所述鐵質外殼包覆于鋁質管 道上;所述三相對稱電流模塊連接所述三相對稱繞組。
[0021] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述分離 模塊采用螺旋管道磁場分離模塊，該螺旋管道磁場分離模塊包括鋁質螺旋管道、螺線管以 及螺線管控制電路;其中，所述鋁質螺旋管道設置在螺線管內；所述螺線管和螺線管控制電 路電性連接。
[0022] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述吸附 模塊采用同極相鄰型吸附環，該同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管道、正向螺線管、反向螺 線管以及鐵質導磁帽;所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質環形管道內，兩者通 有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產生同性磁極;所述鐵質導磁帽 布置于鋁質環形管道的內壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管 和反向螺線管軸線的中間點。
[0023] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述吸附 模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管 道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質導磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所述正向螺線管和反 向螺線管分別布置于鋁質環形管道內，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向 螺線管相鄰處產生同性磁極;所述鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁上，其位于正向 螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點；所述隔板位于 正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述電磁鐵連接并能 推動電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質環形管道內壁。
[0024] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法進一步為:所述回油 筒的底部設有一溢流閥，該溢流閥底部設有一電控調節螺絲;所述溢流閥上設有一排油口， 該排油口通過管道連接至一油箱。
[0025] 本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法還為:所述內筒的底 部呈倒圓臺狀，其通過一內筒排油管和回油筒連接，內筒排油管上設有一電控止回閥;所述 內筒的中央豎直設有一空心圓柱，空心圓柱的上方設有壓差指示器，該壓差指示器安裝于 端蓋上;所述內筒進油管和螺旋流道相切連接。
[0026] 與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
[0027] 1.通過濾波器衰減液壓油的壓力/流量脈動，使濾芯在工作時不發生振動，以提高 過濾性能;液壓油在U型微粒分離模塊中實現固體微粒的分離，使油液中的固體微粒向管壁 運動，在U型微粒分離模塊出口處，富含固體微粒的管壁附近的油液通過回油筒進油管進入 回油筒后回流到油箱，而僅含微量小粒徑微粒的管道中心的油液則通過內筒進油管進入內 筒進行高精度過濾，提高了濾芯的使用壽命，降低了濾波成本和復雜度;進入內筒進油管的 油液以切向進流的方式流入內筒的螺旋流道，內筒壁為濾芯，則濾液在離心力的作用下緊 貼濾芯流動，濾液平行于濾芯的表面快速流動，過濾后的液壓油則垂直于濾芯表面方向流 出到外筒，這種十字流過濾方式對濾芯表面的微粒實施掃流作用，抑制了濾餅厚度的增加， 沉積在內筒底部的污染顆粒可定時通過電控止回閥排出到回油筒，從而提高濾芯使用壽 命。
[0028] 2.通過控制液壓油的溫度和向電極施加電壓使油液中的顆粒物質帶電聚合，并促 使膠質顆粒分解消融;通過吸附模塊形成高效吸附；利用旋轉磁場將油液中的微小顆粒"分 離"并聚集到管壁附近，用吸附裝置捕獲微小顆粒;通過消磁裝置對殘余顆粒消磁避免危害 液壓元件，從而使油液中固體微粒聚集成大顆粒運動到管壁附近。
[0029] 3.磁化需要的非均勻磁場的產生，需要多對正逆線圈對并通過不同大小的電流， 且電流數值可在線數字設定。 【【附圖說明】】
[0030] 圖1是本發明的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾箱的結構示意圖。
[0031] 圖2是圖1中的濾波器的結構示意圖。
[0032]圖3是圖2中沿A-A的剖面圖。
[0033]圖4是圖3中Η型濾波器示意圖。
[0034]圖5是圖3中串聯Η型濾波器示意圖。
[0035] 圖6是Η型濾波器和串聯Η型濾波器頻率特性組合圖。其中，實線為串聯Η型濾波器 頻率特性。
[0036] 圖7是串并聯Η型濾波器頻率特性圖。
[0037] 圖8是S型容腔濾波器的結構示意圖。
[0038] 圖9是S型彈性薄壁的橫截面示意圖。
[0039] 圖10是圖2中錐形變結構阻尼孔的示意圖。
[0040] 圖10(a)至圖10(c)是錐形變結構阻尼孔的工作狀態圖。
[0041 ]圖11是圖1中的U型微粒分離模塊的示意圖。
[0042] 圖12是圖11中的起電模塊的結構示意圖。
[0043] 圖13是圖11中的分離模塊為均勻磁場分離模塊的結構示意圖。
[0044] 圖14是圖11中的分離模塊為旋轉磁場分離模塊的結構示意圖。
[0045] 圖15是圖11中的分離模塊為螺旋管道磁場分離模塊的結構示意圖。
[0046] 圖16是圖11中的吸附模塊為同極相鄰型吸附環的結構示意圖。
[0047] 圖17是圖11中的吸附模塊為帶電擊錘的同極相鄰型吸附環的結構示意圖。 【【具體實施方式】】
[0048] 請參閱說明書附圖1至附圖17所示，本發明為一種用全頻段變結構濾波、起電、分 離和吸附的過濾箱，其由底板6、濾波器8、U型微粒分離模塊3、回油筒7、內筒15、螺旋流道 17、濾芯18、外桶19以及端蓋25等幾部分組成。其中，所述濾波器8、U型微粒分離模塊2、回油 筒7、外桶19依次置于底板6上。
[0049] 所述濾波器8用于將液壓油輸入，并可衰減液壓系統中的高、中、低頻段的脈動壓 力，和抑制流量波動。所述濾波器8由輸入管81、外殼88、輸出管89、S型彈性薄壁87、Η型濾波 器812以及串聯Η型濾波器813等幾部分組成。
[0050] 其中，所述輸入管81連接于外殼89的一端，其和一液壓油進口 1對接;所述輸出管 811連接于外殼89的另一端，其和U型微粒分離模塊3對接。所述S型彈性薄壁87沿外殼的徑 向安裝于外殼88內，其內形成膨脹腔71和收縮腔72。所述輸入管81和輸出管89的軸線不在 同一軸線上，這樣可以提高10%以上的濾波效果。
[00511所述輸入管81、輸出管89和S型彈性薄壁87共同形成一S型容腔濾波器，從而衰減 液壓系統高頻壓力脈動。按集總參數法處理后得到的濾波器透射系數為：
[0052]
[0053] a-介質中音速L一收縮腔長度D-膨脹腔直徑Z-特性阻抗 [0054] γ-透射系數f一壓力波動頻率cU-輸入管直徑d-收縮腔直徑
[0055] lu-膨脹腔系數k2-收縮腔系數
[0056]由上式可見，S型容腔濾波器和電路中的電容作用類似。不同頻率的壓力脈動波通 過該濾波器時，透射系數隨頻率而不同。頻率越高，則透射系數越小，這表明高頻的壓力脈 動波在經過濾波器時衰減得越厲害，從而起到了消除高頻壓力脈動的作用。同時，本發明的 S型容腔結構中，膨脹腔和收縮腔之間過渡平滑，有助于降低腔體直徑突變帶來的系統壓力 損失。濾波器的輸入管和輸出管不在同一軸線上，可以提高10%以上的濾波效果。
[0057]所述S型容腔濾波器的設計原理如下：當變化的流量通過輸入管進入S型容腔的膨 脹腔時，液流超過平均流量，擴大的膨脹腔可以吸收多余液流，而在低于平均流量時放出液 流，從而吸收壓力脈動能量。多級膨脹腔和收縮腔的組合則提高了濾波器的脈動壓力吸收 能力，也即濾波性能。膨脹腔和收縮腔之間采用曲面光滑過渡，則避免了由流體界面突變帶 來的沿程壓力損失及發熱。
[0058]所述S型彈性薄壁87通過受迫機械振動來削弱液壓系統中高頻壓力脈動。按集總 參數法處理后得到的S型彈性薄壁固有頻率為：
[0059]
[0060] k一S型彈性薄壁結構系數h-S型彈性薄壁厚度R-S型彈性薄壁半徑
[0061] E-S型彈性薄壁的楊氏模量P-S型彈性薄壁的質量密度
[0062] η-S型彈性薄壁的載流因子μ-S型彈性薄壁的泊松比。
[0063] 代入實際參數，對上式進行仿真分析可以發現，S型彈性薄壁87的固有頻率通常比 Η型濾波器的固有頻率高，而且其衰減頻帶也比Η型濾波器寬。在相對較寬的頻帶范圍內，S 型彈性薄壁對壓力脈動具有良好的衰減效果。同時，本發明的濾波器結構中的S型彈性薄壁 半徑較大且較薄，其固有頻率更靠近中頻段，可實現對液壓系統中的中高頻壓力脈動的有 效衰減。
[0064]所述S型彈性薄壁87的設計原理如下：管道中產生中頻壓力脈動時，S型容腔對壓 力波動的衰減能力較弱，流入濾波器S型容腔的周期性脈動壓力持續作用在S型彈性薄壁87 的內外壁上，由于內外壁之間有支柱固定連接，內外彈性薄壁同時按脈動壓力的頻率做周 期性振動，該受迫振動消耗了流體的壓力脈動能量，從而實現中頻段壓力濾波。由虛功原理 可知，彈性薄壁消耗流體脈動壓力能量的能力和其受迫振動時的勢能和動能之和直接相 關，為了提高中頻段濾波性能，彈性薄壁的半徑設計為遠大于管道半徑，且薄壁的厚度較 小，典型值為小于〇· lmm〇
[0065]進一步的，所述S型彈性薄壁87和外殼88之間形成串聯共振容腔184以及并聯共振 容腔85。所述串聯共振容腔184的外側設一串聯共振容腔1183,所述串聯共振容腔184和串 聯共振容腔1183之間通過一錐形插入管82連通，所述錐形插入管82開口較寬處位于串聯共 振容腔1183內，其錐度角為10°。所述S型彈性薄壁87的軸向上均勻開有若干錐形變結構阻 尼孔86。
[0066]所述Η型濾波器812位于并聯共振容腔85內，其和錐形變結構阻尼孔86相連通。所 述錐形變結構阻尼孔86開口較寬處位于串聯共振容腔184和并聯共振容腔85內，其錐度角 為10°。按集總參數法處理后得到的濾波器固有角頻率為：
[0067]
[0068] a一一介質中音速U-一阻尼孔長Di-一阻尼孔直徑 [0069] L2一一并聯共振容腔高度D2-一并聯共振容腔直徑。
[0070] 所述串聯Η型濾波器813位于串聯共振容腔184和串聯共振容腔1183內，其亦和錐 形變結構阻尼孔86相連通。按集總參數法處理后，串聯Η型濾波器813的兩個固有角頻率為：
[0071]
[0072]
[0073] a-介質中音速h-阻尼孔長cb-阻尼孔直徑13-共振管長 [0074] d3-共振管直徑12-串聯共振容腔1高度山一串聯共振容腔1直徑 [0075] 14一串聯共振容腔2高度d4-串聯共振容腔2直徑。
[0076] 所述Η型濾波器812和串聯Η型濾波器813軸向呈對稱設置，并組成串并聯Η型濾波 器，用于展寬濾波頻率范圍并使整體結構更緊湊。本發明沿圓周界面分布了多個串并聯Η型 濾波器（圖中只畫出了 2個），彼此之間用隔板820隔開，這多個濾波器的共振頻帶各不相同， 組合在一起后可全面覆蓋整個中低頻濾波頻段，實現中低頻段的全頻譜濾波。
[0077]由圖6 Η型濾波器和串聯Η型濾波器頻率特性及公式均可發現，串聯Η型濾波器有2 個固有角頻率，在波峰處濾波效果較好，而在波谷處則基本沒有濾波效果;Η型濾波器有1個 固有角頻率，同樣在波峰處濾波效果較好，而在波谷處則基本沒有濾波效果;選擇合適的濾 波器參數，使Η型濾波器的固有角頻率剛好落在串聯Η型濾波器的2個固有角頻率之間，如圖 7所示，既在一定的頻率范圍內形成了3個緊鄰的固有共振頻率峰值，在該頻率范圍內，無論 壓力脈動頻率處于波峰處還是波谷處均能保證較好的濾波效果。多個串并聯Η型濾波器構 成的濾波器組既可覆蓋整個中低頻段，實現中低頻段的全頻譜濾波。
[0078] 進一步的，所述錐形變結構阻尼孔86由錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15組成，錐形 較窄端開口于彈性薄壁7。其中錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量比彈性薄壁7的楊氏模量要 大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔15的楊氏模量比錐形彈性阻尼孔管16的楊氏模量 要大，能隨流體壓力開啟或關閉。故當壓力脈動頻率落在高頻段時，C型容腔濾波器結構起 濾波作用，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖10(a)狀態；而當脈動頻率落在中頻段 時，濾波器結構變為C型容腔濾波器結構和彈性薄壁7濾波結構共同起作用，錐形彈性阻尼 孔管16和縫孔15都處于圖10(a)狀態；當脈動頻率落在某些特定的低頻頻率時，濾波器結構 變為插入式串并聯Η型濾波器、C型容腔濾波器結構和彈性薄壁濾波結構共同起作用，錐形 彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖10(b)狀態，由于插入式串并聯Η型濾波器的固有頻率被 設計為和這些特定低頻脈動頻率一致，對基頻能量大的系統可起到較好的濾波效果；當脈 動頻率落在某些特定頻率以外的低頻段時，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖10(c) 狀態。這樣的變結構濾波器設計既保證了液壓系統的全頻段全工況濾波，又降低了正常工 況下濾波器的壓力損失，保證了系統的液壓剛度。
[0079] 本發明還能實線工況自適應壓力脈動衰減。當液壓系統工況變化時，既執行元件 突然停止或運行，以及閥的開口變化時，會導致管路系統的特性阻抗發生突變，從而使原管 道壓力隨時間和位置變化的曲線也隨之改變，則壓力峰值的位置亦發生變化。由于本發明 的濾波器的軸向長度設計為大于系統主要壓力脈動波長，且濾波器的串并聯Η型濾波器組 的容腔長度、S型容腔濾波器的長度和彈性薄壁的長度和濾波器軸線長度相等，保證了壓力 峰值位置一直處于濾波器的有效作用范圍內；而串并聯Η型濾波器的錐形變結構阻尼孔開 在彈性薄壁上，沿軸線方向均勻分布，使得壓力峰值位置變化對濾波器的性能幾乎沒有影 響，從而實現了工況自適應濾波功能。考慮到三種濾波結構軸向尺寸和濾波器相當，這一較 大的尺寸也保證了液壓濾波器具備較強的壓力脈動衰減能力。
[0080] 采用本發明的液壓濾波器進行液壓脈動濾波的方法如下：
[0081] 1)，液壓流體通過輸入管進入S型容腔濾波器，擴大的容腔吸收多余液流，完成高 頻壓力脈動的濾波；
[0082] 2)，通過S型彈性薄壁87受迫振動，消耗流體的壓力脈動能量，完成中頻壓力脈動 的濾波；
[0083] 3)，通過串并聯Η型濾波器組，以及錐形變結構阻尼孔、錐形插入管和流體產生共 振，消耗脈動能量，完成低頻壓力脈動的濾波；
[0084] 4)，將濾波器的軸向長度設計為大于液壓系統主要壓力脈動波長，且串并聯Η型濾 波器長度、S型容腔濾波器長度和S型彈性薄壁87長度同濾波器長度相等，使壓力峰值位置 一直處于濾波器的有效作用范圍，實現系統工況改變時壓力脈動的濾波；
[0085] 5)，通過錐形變結構阻尼孔的錐形彈性阻尼孔管的伸縮和縫孔的開關，完成壓力 脈動自適應濾波。
[0086] 所述U型微粒分離模塊3包括一 U型管31，U型管31上依次安裝有起電模塊32、分離 模塊33、吸附模塊34、以及消磁模塊35。
[0087] 所述起電模塊32使油液中的金屬顆粒物質帶電，其由若干電極321以及一電極控 制器322組成。所述若干電極321安裝于U型管31上，其分別連接至電極控制器252。所述電極 控制器322電性連接向電極321施加電壓，使油液中的顆粒物質帶電。
[0088] 所述分離模塊33使質量較大的顆粒帶電聚合并在離心力作用下甩向腔壁，其可采 用均勻磁場分離模塊、旋轉磁場分離模塊或螺旋管道磁場分離模塊。
[0089]所述分離模塊33采用均勻磁場分離模塊時，其由鋁質管道331、兩個磁極332以及 磁極控制器333組成。其中，所述兩個磁極332分別設置在鋁質管道331上，該兩個磁極332的 極性相反，并呈相對設置。所述兩個磁極332分別電性連接至磁極控制器333上。
[0090]所述均勻磁場分離模塊33的設計原理如下：帶電顆粒以速度V流入均勻磁場分離 模塊33,均勾磁場分離模塊33的兩個磁極332產生和速度V方向垂直的均勾磁場，根據左手 定則，則帶電顆粒在均勻磁場分離模塊33中受到垂直于速度方向和磁場方向的洛侖磁力的 作用，該力不改變帶電顆粒的速率，它只改變帶電顆粒的運動方向，使帶電顆粒在該力的作 用下向鋁質管道331的管壁運動，從而使油液中的顆粒從油液中"分離"出來，向管壁聚集， 便于后續吸附捕獲。由于油液具有一定的粘性，顆粒向管壁運動過程中還受到粘性阻力的 作用。為了確保分離效果，需要調節磁場強度B使距離管壁最遠處的顆粒能在分離模塊的作 用時間內運動到管壁處，定量分析如下：
[0091 ]假定微粒質量為m，速度為v，磁場強度為B，帶電量為q，分離模塊的直徑為D，長度 為L，則：
[0092]作用在帶電顆粒上的洛侖磁力為
[0093] Fi = qvB
[0094] 帶電顆粒受到的粘性阻力為
[0095] Fd = 6JT · η · r · v
[0096] η--液壓油的粘度r--帶電顆粒的半徑v--帶電顆粒運動速度
[0097] 不是一般性，假定油液中的顆粒進入分離模塊時已達到穩態，則帶電顆粒通過分 離模塊的時間可近似用下式表示 L
[0098] tl =- V
[0099] 距離管壁最遠處的帶電顆粒運動到管壁處的時間t2可由下式求解
[0100]
[0101] 調節B，使得即可達到分離效果。
[0102] 所述分離模塊33采用旋轉磁場分離模塊時，其由鋁質管道331、鐵質外殼334、三相 對稱繞組335以及三相對稱電流模塊336等部件組成。所述三相對稱繞組335繞在鋁質管道 331外。所述鐵質外殼334包覆于鋁質管道335上。所述三相對稱電流模塊336連接所述三相 對稱繞組335。
[0103] 所述旋轉磁場分離模塊33的設計原理如下：帶電顆粒以速度V流入旋轉磁場分離 模塊33,三相對稱電流模塊336使三相對稱繞組335中流過三相對稱電流，該電流在鋁質管 道331內產生旋轉磁場，帶電顆粒在旋轉磁場作用下受到垂直于速度方向和磁場方向的洛 侖磁力的作用，該力不改變帶電顆粒的速率，它只改變帶電顆粒的運動方向，使帶電顆粒在 該力的作用下以螺旋狀前進，并向管壁運動。合理調節磁場強度即可使油液中的顆粒從油 液中"分離"出來，聚集在管壁附近，便于后續吸附捕獲。由于油液具有一定的粘性，顆粒向 管壁運動過程中還受到粘性阻力的作用。為了確保分離效果，需要使鋁質管道331軸線上的 微粒能在分離模塊的作用時間內運動到管壁處，定量分析如下：
[0104] 假定微粒質量為m，速度為v，磁場強度為B，帶電量為q，分離模塊的直徑為D，長度 為L，則：
[0105] 作用在帶電顆粒上的洛侖磁力為
[0106] Fi = qvB
[0107] 帶電顆粒受到的粘性阻力為
[0108] Fd = 6JT · η · r · v
[0109] η--液壓油的粘度r--帶電顆粒的半徑v--帶電顆粒運動速度
[0110]假定油液中的顆粒進入分離模塊時已達到穩態，則帶電顆粒通過分離模塊的時間 可近似用下式表示 L
[0111] ^=- V
[0112] 管道軸線上的帶電顆粒運動到管壁處的時間〖2可由下式求解
[0113]
[0114] 調節B，使得tOts，即可達到分離效果。
[0115]所述分離模塊33采用螺旋管道磁場分離模塊時，其由鋁質螺旋管道338、螺線管 339以及螺線管控制電路336組成。其中，所述鋁質螺旋管道338設置在螺線管339內。所述螺 線管339和螺線管控制電路336電性連接。
[0116]所述螺旋管道磁場分離模塊33的設計原理如下:攜帶帶電顆粒的油液沿鋁質螺旋 管道338前進，從而在管道出口處產生具有一定自旋方向的旋流，質量較重的帶電顆粒隨著 油液旋轉，在離心力的作用下產生向管壁的徑向運動；同時，由于鋁質螺旋管道338的入口 方向和通電螺線管339的軸向磁場方向垂直，以速度v進入鋁質螺旋管道338的帶電顆粒受 到洛侖磁力的作用，方向垂直于磁場方向和鋁質螺旋管道338的入口方向。洛侖磁力使帶電 顆粒在管道內做螺旋前進運動，由于錯質螺旋管道338的入口方向和磁場方向接近垂直，帶 電顆粒主要作周向旋轉運動，而油液則不受影響，從而實現顆粒從油液中的"分離"，以便實 現對顆粒的吸附。為保證"分離"效果，需要使鋁質管道軸線上的微粒能在分離模塊的作用 時間內運動到管壁處，定量分析如下：
[0117]假定微粒質量為m，速度為V，帶電量為q，鋁質螺旋管道的直徑為D，鋁質螺旋管道 的匝數為n，鋁質螺旋管道的入口方向和通電螺線管的軸向磁場方向的夾角為Θ，螺線管匝 數為N，電流為I，磁場強度為B，真空磁導率為μ* 3，則：
[0118] 作用在帶電顆粒上的洛侖磁力為
[0119] Fi = qvB
[0120] 帶電顆粒受到的粘性阻力為
[0121] Fd = 6JT · η · r · v
[0122] η--液壓油的粘度r--帶電顆粒的半徑v--帶電顆粒運動速度
[0123] 帶電顆粒通過分離模塊的時間可近似用下式表示
[0124]
[0125] 管道軸線上的帶電顆粒運動到管壁處的時間〖2可由下式求解
[0126]
[0127] 螺線管內部的磁場強度可近似為恒值
[0128]
[0129]調節I，使得tots，即可達到分離效果。
[0130]所述吸附模塊34用于吸附經分離模塊33分離后的磁性聚合大微粒，其可采用同極 相鄰型吸附環，該同極相鄰型吸附環由鋁質環形管道341、正向螺線管342、反向螺線管343 以及鐵質導磁帽344等部件組成。其中，所述正向螺線管342和反向螺線管343分別布置于鋁 質環形管道341，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管342和反向螺線管343相鄰處產 生同性磁極。所述鐵質導磁帽344布置于鋁質環形管道341的內壁上，其位于正向螺線管342 和反向螺線管343相鄰處、以及正向螺線管342和反向螺線管343軸線的中間點。
[0131] 所述同極相鄰型吸附環的設計原理如下:通電正向螺線管342、反向螺線管343,相 鄰的正向螺線管342、反向螺線管343通有方向相反的電流，使得正向螺線管342、反向螺線 管343相鄰處產生同性磁極；同時，鋁質環形管道341能夠改善磁路，加大管道內壁處的磁場 強度，增強鐵質導磁帽344對顆粒的捕獲吸附能力。各正向螺線管342、反向螺線管343電流 可根據顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附性能。
[0132] 進一步的，所述吸附模塊34也可采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環，該帶電擊錘 的同極相鄰型吸附環由鋁質環形管道341、正向螺線管342、反向螺線管343、鐵質導磁帽 344、隔板345、電擊錘346以及電磁鐵347等部件組成。其中，所述正向螺線管342和反向螺線 管343分別布置于鋁質環形管道341，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管342和反向 螺線管343相鄰處產生同性磁極。所述鐵質導磁帽344布置于鋁質環形管道341的內壁上，其 位于正向螺線管342和反向螺線管343相鄰處、以及正向螺線管342和反向螺線管343軸線的 中間點。所述電擊錘346和電磁鐵347位于隔板345之間。所述電磁鐵347連接并能推動電擊 錘346，使電擊錘346敲擊鋁質環形管道342內壁。
[0133] 所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附環的設計原理如下:通電正向螺線管342、反向螺 線管343,相鄰的正向螺線管342、反向螺線管343通有方向相反的電流，使得正向螺線管 342、反向螺線管343相鄰處產生同性磁極；同時，鋁質環形管道341能夠改善磁路，加大管道 內壁處的磁場強度，增強鐵質導磁帽344對顆粒的捕獲吸附能力。各正向螺線管342、反向螺 線管343電流可根據顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，以獲得最佳吸附性能。而通過電擊 錘346的設置，防止顆粒在鐵質導磁帽344處大量堆積，影響吸附效果。此時，通過電磁鐵347 控制電擊錘346敲擊管道341的內壁，使得被吸附的顆粒向兩側分散開。同時，在清洗管道 341時，電擊錘346的敲擊還可以提高清洗效果。
[0134] 所述吸附模塊34設計成U型，在油液進入U型吸附管道時，顆粒在重力、離心力的作 用下，向一側管壁移動，在加上磁場力作用，徑向移動速度加快，顆粒吸附的效率得以提高； 在油液離開U型吸附管道上升時，重力和磁場力的合力使得顆粒沿斜向下的方向運動，延長 了顆粒受力時間，提高了顆粒吸附的效率。
[0135] 所述消磁模塊35給磁化顆粒消磁，防止殘余磁性微粒通過回油筒進油管進入液壓 回路，對污染敏感液壓元件造成損傷。
[0136] 所述U型微粒分離模塊3和回油筒7的上方通過一回油筒進油管22連接;通過U型微 粒分離模塊3處理后，U型管31管壁附近的油液富含聚合顆粒，通過回油筒進油管22進入回 油筒7后回流到油箱。
[0137] 所述回油筒7的底部設有一溢流閥8,該溢流閥8底部設有一電控調節螺絲9;所述 溢流閥8上設有一排油口 10，該排油口 10通過管道20連接至一油箱11。
[0138] 所述內筒15置于外桶19內，其通過一頂板13以及若干螺栓21安裝于端蓋25上。所 述螺旋流道17收容于內筒15內，其和U型微粒分離模塊3之間通過一內筒進油管12連接，具 體的說，所述內筒進油管12和螺旋流道17相切連接。U型管31管道中心的油液僅含微量小粒 徑微粒，通過內筒進油管12進入內筒15實現高精度過濾，從而實現固體微粒分離。進一步 的，所述內筒進油管12位于回油筒進油管22內，并延伸入U型微粒分離模塊3的中央，其直徑 小于回油筒進油管22直徑，且和回油筒進油管22同軸設置。
[0139] 進一步的，所述內筒15的底部呈倒圓臺狀，其通過一內筒排油管23和回油筒7連 接，內筒排油管23上設有一電控止回閥24。所述內筒15的中央豎直設有一空心圓柱16,空心 圓柱16的上方設有壓差指示器14,該壓差指示器14安裝于端蓋25上。
[0140] 所述濾芯18設置在內筒15的內壁上，其精度為1-5微米。
[0141] 所述外桶19的底部設有一液壓油出油口 5,通過液壓油出油口 5將過濾好的液壓油 排出。
[0142] 在本發明中，由于U型微粒分離模塊3對油液內固體微粒分離聚合作用，在U型微粒 分離模塊3出口處的油液中，中心的油液僅含微量小粒徑微粒，該部分油液從內筒進油管12 流入到內筒15進行高精度過濾;而管壁附近的油液富含聚合顆粒，該部分油液通過回油筒 進油管22進入回油筒7,再經溢流閥8的排油口 10流回油箱11，從而實現固體微粒按顆粒粒 徑分流濾波。此處，回油筒7和溢流閥8起到了前述的粗濾作用，從而節省了過濾器個數，降 低了系統成本和復雜度。溢流閥8的電控調節螺絲9用于調節溢流壓力，將其壓力調整到略 低于過濾出口處壓力，以保證內筒15過濾流量。
[0143] 另外，傳統的過濾器主要采用濾餅過濾方式，過濾時濾液垂直于過濾元件表面流 動，被截流的固體微粒形成濾餅并逐漸增厚，過濾速度也隨之逐漸下降，直至濾液停止流 出，降低了過濾元件的使用壽命。在本本發明中，來自內筒進油管12攜帶小粒徑微粒的濾液 以切向進流的方式流入內筒15的螺旋流道17，螺旋通道17側面的內筒15壁為高精度濾芯 18,濾液在離心力的作用下緊貼濾芯18表面，濾液平行于濾芯18的表面快速流動，過濾后的 液壓油則垂直于濾芯18表面方向流出到外筒19,這兩個流動的方向互相垂直交錯，故稱其 為十字流過濾。濾液的快速流動對聚集在濾芯18表面的微粒施加了剪切掃流作用，從而抑 制了濾餅厚度的增加，使得過濾速度近乎恒定，過濾壓力也不會隨時間的流逝而升高，濾芯 的使用壽命因而大幅度提高。隨著過濾時間的累積，沉積在內筒15倒圓臺底部的污染顆粒 逐步增加，過濾速度緩慢下降，內筒15內未過濾的濾液沿中心的空心圓筒16上升，此時，壓 差指示器14起作用，監控其壓力變化，亦即內筒15底部濾芯18的堵塞情況，若超過閾值，則 調節電控調節螺絲9降低溢流壓力，并同時打開止回閥24,使內筒15底部含較多污染顆粒的 濾液在壓差作用下通過內筒排油管23排出到回油筒7,避免了底部濾芯18堵塞狀況惡化，從 而延長了濾芯18使用壽命。
[0144] 采用上述濾油器對回流液壓有處理的工藝步驟如下：
[0145] 1)，液壓管路中的油液通過濾波器8,濾波器8衰減液壓系統中的高、中、低頻段的 脈動壓力，以及抑制流量波動；
[0146] 2)，回流液壓油進入U型微粒分離模塊3的起電模塊32,使油液中的顆粒物質帶電， 之后送至分離模塊33;
[0147] 3)，通過分離裝置33使油液中的帶電微粒在外力的作用下向管壁聚合，之后回油 送至吸附裝置34;
[0148] 4)，通過吸附模塊34吸附回油中的磁性聚合微粒，之后回油送至消磁模塊35;
[0149] 5)，通過消磁模塊35消除磁性微粒磁性；
[0150] 6)，之后U型微粒分離模塊3管壁附近的油液通過回油筒進油管22進入回油筒7后 回流到油箱，而含微量小粒徑微粒的管道中心的油液則通過內筒進油管12進入內筒15進行 高精度過濾；
[0151] 7 )，攜帶小粒徑微粒的油液以切向進流的方式流入內筒15的螺旋流道17，油液在 離心力的作用下緊貼濾芯流動，并進行高精度過濾；
[0152] 8)，高精度過濾后的油液排入外筒19,并通過外筒19底部的液壓油出油口 5排出。
[0153] 以上的【具體實施方式】僅為本創作的較佳實施例，并不用以限制本創作，凡在本創 作的精神及原則之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本創作的保護范圍之 內。
【主權項】
1. 一種用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在于:其采用一種 過濾箱，該過濾箱包括底板、濾波器、U型微粒分離模塊、回油筒、內筒、螺旋流道、濾芯、外桶 以及端蓋;其中，所述濾波器、U型微粒分離模塊、回油筒、外桶依次置于底板上;所述濾波器 包括輸入管、外殼、輸出管、S型彈性薄壁、Η型濾波器以及串聯Η型濾波器;其中，所述輸入管 連接于外殼的一端，其和一液壓油進口對接;所述輸出管連接于外殼的另一端，其和U型微 粒分離模塊對接;所述S型彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內，其內形成膨脹腔和收縮 腔;所述輸入管、輸出管和S型彈性薄壁共同形成一 S型容腔濾波器;所述S型彈性薄壁的軸 向上均勻開有若干錐形變結構阻尼孔;所述錐形變結構阻尼孔由錐形彈性阻尼孔管和縫孔 組成;所述S型彈性薄壁和外殼之間形成串聯共振容腔I以及并聯共振容腔;所述串聯共振 容腔I的外側設一串聯共振容腔II，所述串聯共振容腔I和串聯共振容腔II之間通過一錐形 插入管連通;所述Η型濾波器位于并聯共振容腔內，其和錐形變結構阻尼孔相連通;所述串 聯Η型濾波器位于串聯共振容腔I和串聯共振容腔II內，其亦和錐形變結構阻尼孔相連通； 所述Η型濾波器和串聯Η型濾波器軸向呈對稱設置，并組成串并聯Η型濾波器;所述U型微粒 分離模塊包括一 U型管，U型管上依次安裝有起電模塊、分離模塊、吸附模塊和消磁模塊;所 述U型微粒分離模塊和回油筒的上方通過一回油筒進油管連接;所述內筒置于外桶內，其通 過一頂板以及若干螺栓安裝于端蓋上;所述螺旋流道收容于內筒內，其和U型微粒分離模塊 之間通過一內筒進油管連接;所述內筒進油管位于回油筒進油管內，并延伸入U型微粒分離 模塊的中央，其直徑小于回油筒進油管直徑，且和回油筒進油管同軸設置;所述濾芯設置在 內筒的內壁上，其精度為1-5微米;所述外桶的底部設有一液壓油出油口； 其包括如下步驟： 1 )，液壓管路中的油液通過濾波器，濾波器衰減液壓系統中的高、中、低頻段的脈動壓 力，以及抑制流量波動； 2) ，回流液壓油進入U型微粒分離模塊的起電模塊，使油液中的顆粒物質帶電，之后送 至分離模塊； 3) ，通過分離裝置使油液中的帶電微粒在外力的作用下向管壁聚合，之后回油送至吸 附裝置； 4) ，通過吸附模塊吸附回油中的磁性聚合微粒，之后回油送至消磁模塊； 5 )，通過消磁模塊消除磁性微粒磁性； 6)，之后U型微粒分離模塊管壁附近的油液通過回油筒進油管進入回油筒后回流到油 箱，而含微量小粒徑微粒的管道中心的油液則通過內筒進油管進入內筒進行高精度過濾； 7 )，攜帶小粒徑微粒的油液以切向進流的方式流入內筒的螺旋流道，油液在離心力的 作用下緊貼濾芯流動，并進行高精度過濾； 8)，高精度過濾后的油液排入外筒，并通過外筒底部的液壓油出油口排出。2. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述輸入管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形變結構阻尼孔開口較寬處位于 串聯共振容腔I和并聯共振容腔內，其錐度角為10° ;所述錐形變結構阻尼孔錐形彈性阻尼 孔管的楊氏模量比彈性薄壁的楊氏模量要大，能隨流體壓力變化拉伸或壓縮;縫孔的楊氏 模量比錐形彈性阻尼孔管的楊氏模量要大，能隨流體壓力開啟或關閉；所述錐形插入管開 口較寬處位于串聯共振容腔Π 內，其錐度角為10°。3. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述起電模塊包括若干電極以及一電極控制器;所述若干電極安裝于U型管上，其分別 連接至電極控制器。4. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述分離模塊采用均勻磁場分離模塊，該均勻磁場分離模塊包括鋁質管道、兩個磁極以 及磁極控制器;其中，所述兩個磁極分別設置在鋁質管道上，該兩個磁極的極性相反，并呈 相對設置;所述兩個磁極分別電性連接至磁極控制器上。5. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述分離模塊采用旋轉磁場分離模塊，該旋轉磁場分離模塊包括鋁質管道、鐵質外殼、 三相對稱繞組以及三相對稱電流模塊;所述三相對稱繞組繞在鋁質管道外；所述鐵質外殼 包覆于鋁質管道上;所述三相對稱電流模塊連接所述三相對稱繞組。6. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述分離模塊采用螺旋管道磁場分離模塊，該螺旋管道磁場分離模塊包括鋁質螺旋管 道、螺線管以及螺線管控制電路;其中，所述鋁質螺旋管道設置在螺線管內；所述螺線管和 螺線管控制電路電性連接。7. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環，該同極相鄰型吸附環包括鋁質環形管道、正向螺 線管、反向螺線管以及鐵質導磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質環形管 道內，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管和反向螺線管相鄰處產生同性磁極;所述 鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及 正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點。8. 如權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述吸附模塊采用帶電擊錘的同極相鄰型吸附環，該帶電擊錘的同極相鄰型吸附環包 括鋁質環形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質導磁帽、隔板、電擊錘以及電磁鐵;所述正 向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質環形管道內，兩者通有方向相反的電流，使得正向 螺線管和反向螺線管相鄰處產生同性磁極;所述鐵質導磁帽布置于鋁質環形管道的內壁 上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、以及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點； 所述隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊錘和電磁鐵位于隔板之間；所述電 磁鐵連接并能推動電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質環形管道內壁。9. 權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在于： 所述回油筒的底部設有一溢流閥，該溢流閥底部設有一電控調節螺絲;所述溢流閥上設有 一排油口，該排油口通過管道連接至一油箱。10. 權利要求1所述的用全頻段變結構濾波、起電、分離和吸附的過濾方法，其特征在 于:所述內筒的底部呈倒圓臺狀，其通過一內筒排油管和回油筒連接，內筒排油管上設有一 電控止回閥;所述內筒的中央豎直設有一空心圓柱，空心圓柱的上方設有壓差指示器，該壓 差指示器安裝于端蓋上;所述內筒進油管和螺旋流道相切連接。
【文檔編號】F15B21/04GK105864207SQ201610315707
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】李 昊
【申請人】李 昊