用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊和消磁模塊依次連接；濾波器采用變結(jié)構(gòu)工況自適應(yīng)濾波器，其一端設(shè)有油液入口；消磁模塊的一端設(shè)有油液出口。本發(fā)明引入基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)磨損微粒非侵入、無(wú)約束監(jiān)測(cè)；通過(guò)磁化、機(jī)械離心和旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離心模塊使油液中的磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并運(yùn)動(dòng)到管壁附近并被吸附模塊吸附，以提高相鄰電容傳感器的輸出監(jiān)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度；通過(guò)溫控模塊及合理設(shè)計(jì)相鄰電容傳感器極板層結(jié)構(gòu)，抑制噪聲并最優(yōu)化相鄰電容傳感器監(jiān)測(cè)裝置的整體性能。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種液壓管路油液中的磨損微粒在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，具體設(shè)及一種用液壓 濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，屬于液壓系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 液壓系統(tǒng)油液中的磨損微粒不但可W使運(yùn)動(dòng)副產(chǎn)生磨粒磨損而且可W使運(yùn)動(dòng)副 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)受阻而導(dǎo)致控制部件動(dòng)作失靈。國(guó)內(nèi)外的資料統(tǒng)計(jì)表明，液壓機(jī)械70%故障源 自油液的顆粒污染。因此，對(duì)油液中的磨損微粒進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)已成為減少磨損及液壓系統(tǒng) 故障的重要途徑之一。
[0003] 電容傳感器因其制作方便、成本低廉而被應(yīng)用于機(jī)器油液的污染監(jiān)測(cè)。專(zhuān)利文獻(xiàn)1 (中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)公告號(hào)CN 101435788B)公開(kāi)了一種基于介電常數(shù)測(cè)量的在線油液監(jiān)測(cè) 傳感器及其系統(tǒng)，該發(fā)明的傳感器包括支座及其固定在內(nèi)部的=根極柱，=根極柱構(gòu)成了 差動(dòng)式圓柱電容，能監(jiān)測(cè)傳感器電容值的微小變化，從而反推油液介電常數(shù)的微小變化，進(jìn) 而實(shí)現(xiàn)對(duì)油液污染度的實(shí)施監(jiān)測(cè)。該監(jiān)測(cè)方法中的傳感器極柱浸入到油液中，造成了油液 流態(tài)的改變，影響了測(cè)量精度;油液在傳感器極柱表面會(huì)形成沉積油膜，不僅造成測(cè)量精度 下降，同時(shí)還帶來(lái)傳感器清洗問(wèn)題。
[0004] 文獻(xiàn)2(趙新澤等，武漢水利電力大學(xué)（宜昌）學(xué)報(bào)，1999(3))公開(kāi)了一種油液污染 監(jiān)測(cè)用電容傳感器探頭，該探頭由一圓筒玻璃管與緊貼該管外壁的兩半圓形電極組成，其 實(shí)質(zhì)為平行板電容傳感器。該電容傳感器激勵(lì)極板與接收極板間距受液壓管道直徑約束， 由于液壓管道直徑相對(duì)較大，該傳感器靈敏度不夠理想。
[0005] 同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)的磨損微粒進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)設(shè)備中的流體劇烈波動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù) 據(jù)大幅度波動(dòng)而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)失敗。
[0006] 因此，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，確有必要提供一種創(chuàng)新的用液壓濾波、離屯、分離和相 鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，W克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用液壓濾波、離屯、分離和相鄰 電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其采用非侵入的測(cè)量方式、對(duì)被測(cè)量的無(wú)約束性、監(jiān)測(cè)信號(hào)強(qiáng)且 靈敏度高、低成本、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。
[000引為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的 磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其包括濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離屯、模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模 塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊W及消磁模塊;其中，所述濾波器、溫控模塊、磁化模 塊、機(jī)械離屯、模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊和消磁模塊依次 連接;所述濾波器的一端設(shè)有油液入口，其包括輸入管、外殼、輸出管、波紋管W及S型彈性 薄壁;其中，所述輸入管連接于外殼的一端;所述輸出管連接于外殼的另一端;所述S型彈性 薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)，其內(nèi)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型彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔； 所述S型彈性薄壁的軸向上均勻開(kāi)有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔連通共振 容腔;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔由錐形彈性阻尼孔管和縫孔組成;所述波紋管呈螺旋狀繞在 共振容腔外，和共振容腔通過(guò)多個(gè)錐形插入管連通;所述波紋管各圈之間通過(guò)若干支管連 通，支管上設(shè)有開(kāi)關(guān);所述波紋管和共振容腔組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)H型濾波器;所述消 磁模塊的一端設(shè)有油液出口，其由剩磁傳感器和消磁器組成。
[0009] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 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(jié)構(gòu)阻尼孔開(kāi)口較寬處位于共振 容腔內(nèi)，其錐度角為10%所述錐形變結(jié)構(gòu)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(kāi)啟或關(guān)閉;所述錐形插入管開(kāi)口較寬處位于波紋管內(nèi)，其錐 度角為10°。
[0010] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述溫控模塊包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器;所述加熱器采用帶溫度檢測(cè)的重慶金鴻 的潤(rùn)滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發(fā)式空冷器，冷卻器的翅片管選KLM型翅片管;溫 度傳感器采用銷(xiāo)電阻溫度傳感器。
[0011] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述磁化模塊包括侶質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭W及若干磁化電流輸出模塊;其中， 所述若干繞組分別繞在侶質(zhì)管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組內(nèi)的 電流大小相等;所述鐵質(zhì)外殼包覆于侶質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在侶質(zhì)管道的兩端;每一磁 化電流輸出模塊連接至一繞組。
[0012] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述機(jī)械離屯、模塊采用旋流離屯、模塊;所述旋流離屯、模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流片、第二 導(dǎo)流片、步進(jìn)電機(jī)W及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片沿管 壁內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18%所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相同，其 設(shè)置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯(cuò)開(kāi)60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C;所述第 一導(dǎo)流片的長(zhǎng)邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸;其前緣挫成純形，后緣加工成翼形， 其高度為管壁直徑的0.4倍，長(zhǎng)度為管壁直徑的1.8倍;所述步進(jìn)電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流 片和第二導(dǎo)流片，W調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。
[0013] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊包括侶質(zhì)管道、鐵質(zhì)外殼、=相對(duì)稱(chēng)繞組、法蘭W及=相對(duì)稱(chēng)電流模 塊;所述=相對(duì)稱(chēng)繞組繞在侶質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于侶質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在 侶質(zhì)管道的兩端;所述=相對(duì)稱(chēng)電流模塊連接所述=相對(duì)稱(chēng)繞組。
[0014] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán);所述同極相鄰型吸附環(huán)包括侶質(zhì)環(huán)形管道、正向螺 線管、反向螺線管W及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于侶質(zhì)環(huán)形管 道內(nèi)，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(chǎn)生同性磁極;所述 鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于侶質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、W及 正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)。
[0015] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述吸附模塊采用帶電擊鍵的同極相鄰型吸附環(huán);所述帶電擊鍵的同極相鄰型吸附環(huán)包括 侶質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽、隔板、電擊鍵W及電磁鐵;所述正向 螺線管和反向螺線管分別布置于侶質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，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(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于侶質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)壁上， 其位于正向螺線管和反向螺線管相鄰處、W及正向螺線管和反向螺線管軸線的中間點(diǎn)；所 述隔板位于正向螺線管和反向螺線管之間；所述電擊鍵和電磁鐵位于隔板之間；所述電磁 鐵連接并能推動(dòng)電擊鍵，使電擊鍵敲擊侶質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。
[0016] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)一步設(shè)置為： 所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊包括有機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵(lì)極板W及外 壁;其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自?xún)?nèi)而外設(shè)置;所述機(jī)玻 璃內(nèi)壁的厚度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數(shù)為1.5-2.5，厚度為外 壁厚度的1到2倍;所述接收極板、激勵(lì)極板嵌設(shè)在接地屏蔽層上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁外側(cè)； 所述接收極板、激勵(lì)極板均采用皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層，兩者之間設(shè)有隔離層;所述隔離層 的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。
[0017] 本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備還設(shè)置為:其包 括一 ECU,所述濾波器、剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感器、磁化電流輸出模 塊、機(jī)械離屯、模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊均電性連接至 ECU 上。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0019] 1.本發(fā)明的多對(duì)正逆線圈結(jié)構(gòu)的磁化模塊，線圈電流可在線數(shù)字設(shè)定，W產(chǎn)生磁 化需要的非均勻磁場(chǎng)，使油液中的磨損微粒強(qiáng)力磁化并聚合成大顆粒，同時(shí)使膠質(zhì)顆粒分 解消融并抑制氣泡生長(zhǎng);機(jī)械和磁場(chǎng)離屯、模塊使磁化微粒"分離"并向腔壁運(yùn)動(dòng);通過(guò)吸附 模塊捕獲管壁表面磁化聚合大顆粒。
[0020] 2.在液壓管路磨損微粒監(jiān)測(cè)裝置中引入基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器，通 過(guò)將磨損微粒磁化、聚合成大顆粒并離屯、吸附到管壁W提高顆粒濃度，增加管壁表面油液 的介電常數(shù)，極大提高了傳感器輸出信號(hào)強(qiáng)度并巧妙解決了信號(hào)強(qiáng)度和穿透深度指標(biāo)沖突 的矛盾。
[0021] 3.在極板層設(shè)計(jì)中引入了有效邊緣長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)。該皮亞諾曲 線結(jié)構(gòu)極板層中，激勵(lì)極板、接收極板和隔離極板組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有 的點(diǎn)，得到一條充滿整個(gè)正方形極板層空間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結(jié)構(gòu)具 有最長(zhǎng)有效邊緣、最大極板面積和最復(fù)雜結(jié)構(gòu)，W此來(lái)獲得最佳信號(hào)強(qiáng)度。
[0022] 4.濾波器可衰減液壓系統(tǒng)中的高、中、低頻段的脈動(dòng)壓力，并可抑制流量波動(dòng)，保 證監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。
[0023] 5.濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離屯、模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊、吸附模塊、相 鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊相結(jié)合的液壓管路磨損微粒監(jiān)測(cè)技術(shù)路線，既保證了監(jiān)測(cè)可靠性，同 時(shí)又使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)。 【【附圖說(shuō)明】】
[0024] 圖I是本發(fā)明的用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)示 意圖。
[0025] 圖2是圖1中的濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[00%]圖3是插入式H型濾波器示意圖。
[0027]圖4是單個(gè)的H型濾波器和串聯(lián)的H型濾波器頻率特性組合圖。其中，實(shí)線為單個(gè)的 H型濾波器頻率特性。
[00%]圖5是S型容腔濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖6是S型彈性薄壁的橫截面示意圖。
[0030] 圖7是圖3中錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的示意圖。
[0031] 圖7(a)至圖7(c)是錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的工作狀態(tài)圖。
[0032] 圖8是圖1中的磁化模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0033] 圖9是圖8中的磁化線圈的結(jié)構(gòu)圖。
[0034] 圖10是圖8中的磁化電流輸出模塊的結(jié)構(gòu)圖。
[0035] 圖11-1是圖1中的旋流離屯、模塊的橫向示意圖。
[0036] 圖11-2是圖1中的旋流離屯、模塊的徑向示意圖。
[0037] 圖12是圖1中的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊示意圖。
[0038] 圖13是圖1中的吸附裝置為同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖14是圖1中的吸附裝置為帶電擊鍵的同極相鄰型吸附環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040] 圖15-1是圖1中的相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊的徑向半剖圖。
[0041] 圖15-2是圖1中的相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊的橫向剖面圖。
[0042] 圖15-3是圖15-1中的接收極板和激勵(lì)極板的示意圖。
[0043] 圖15-4是圖15-3中A處的局部放大圖。
[0044] 圖16是ECU的連接示意圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0045] 請(qǐng)參閱說(shuō)明書(shū)附圖1至附圖16所示，本發(fā)明為一種用液壓濾波、離屯、分離和相鄰電 容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其由濾波器8、溫控模塊1、磁化模塊2、機(jī)械離屯、模塊3、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離 屯、模塊4、吸附模塊5、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6、消磁模塊7W及ECUlO等幾部分組成。其中， 所述濾波器8、溫控模塊1、磁化模塊2、機(jī)械離屯、模塊3、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊4、吸附模塊5、相 鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6和消磁模塊7依次連接。
[0046] 所述濾波器8的一端設(shè)有油液入口 91，用于將液壓油輸人裝置，并可衰減液壓系統(tǒng) 中的高、中、低頻段的脈動(dòng)壓力，和抑制流量波動(dòng)，保證監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。所述濾波器8由輸入 管81、外殼88、輸出管89、波紋管83W及S型彈性薄壁87等幾部分組成。
[0047] 其中，所述輸入管81連接于外殼88的一端;所述輸出管89連接于外殼88的另一端。 所述S型彈性薄壁87沿外殼的徑向安裝于外殼88內(nèi)，其內(nèi)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，運(yùn)樣可W提高10% W上的濾波效果。
[0048] 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(tǒng)高頻壓力脈動(dòng)。按集總參數(shù)法處理后得到的濾波器透射系數(shù)為：
[0049]
[0050] a-介質(zhì)中音速L一收縮腔長(zhǎng)度D-膨脹腔直徑Z-特性阻抗 [0化1] 丫一透射系數(shù)f-壓力波動(dòng)頻率di-輸入管直徑d-收縮腔直徑
[0052] ki-膨脹腔系數(shù)k2-收縮腔系數(shù)
[0053] 由上式可見(jiàn)，S型容腔濾波器和電路中的電容作用類(lèi)似。不同頻率的壓力脈動(dòng)波通 過(guò)該濾波器時(shí)，透射系數(shù)隨頻率而不同。頻率越高，則透射系數(shù)越小，運(yùn)表明高頻的壓力脈 動(dòng)波在經(jīng)過(guò)濾波器時(shí)衰減得越厲害，從而起到了消除高頻壓力脈動(dòng)的作用。同時(shí)，本發(fā)明的 S型容腔結(jié)構(gòu)中，膨脹腔和收縮腔之間過(guò)渡平滑，有助于降低腔體直徑突變帶來(lái)的系統(tǒng)壓力 損失。
[0054] 所述S型容腔濾波器的設(shè)計(jì)原理如下：當(dāng)變化的流量通過(guò)輸入管進(jìn)入S型容腔的膨 脹腔時(shí)，液流超過(guò)平均流量，擴(kuò)大的膨脹腔可W吸收多余液流，而在低于平均流量時(shí)放出液 流，從而吸收壓力脈動(dòng)能量。多級(jí)膨脹腔和收縮腔的組合則提高了濾波器的脈動(dòng)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(guò)渡，則避免了由流體界面突變帶 來(lái)的沿程壓力損失及發(fā)熱。
[0055] 所述S型彈性薄壁87通過(guò)受迫機(jī)械振動(dòng)來(lái)削弱液壓系統(tǒng)中高頻壓力脈動(dòng)。按集總 參數(shù)法處理后得到的S型彈性薄壁固有頻率為：
[0化6]
[0057] k-S型彈性薄壁結(jié)構(gòu)系數(shù)h-S型彈性薄壁厚度R-S型彈性薄壁半徑
[0058] E-S型彈性薄壁的楊氏模量P-S型彈性薄壁的質(zhì)量密度
[0059] Tl-S型彈性薄壁的載流因子y-S型彈性薄壁的泊松比。
[0060] 代入實(shí)際參數(shù)，對(duì)上式進(jìn)行仿真分析可W發(fā)現(xiàn)，S型彈性薄壁87的固有頻率通常比 H型濾波器的固有頻率高，而且其衰減頻帶也比H型濾波器寬。在相對(duì)較寬的頻帶范圍內(nèi)，S 型彈性薄壁對(duì)壓力脈動(dòng)具有良好的衰減效果。同時(shí)，本發(fā)明的濾波器結(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)對(duì)液壓系統(tǒng)中的中高頻壓力脈動(dòng)的有 效衰減。
[0061] 所述S型彈性薄壁87的設(shè)計(jì)原理如下:管道中產(chǎn)生中頻壓力脈動(dòng)時(shí)，雙管插入式容 腔濾波器對(duì)壓力波動(dòng)的衰減能力較弱，流入雙管插入式容腔的周期性脈動(dòng)壓力持續(xù)作用在 S型彈性薄壁的內(nèi)外壁上，由于內(nèi)外壁之間有支柱固定連接，內(nèi)外S型彈性薄壁同時(shí)按脈動(dòng) 壓力的頻率做周期性振動(dòng)，該受迫振動(dòng)消耗了流體的壓力脈動(dòng)能量，從而實(shí)現(xiàn)中頻段壓力 濾波。由虛功原理可知，S型彈性薄壁消耗流體脈動(dòng)壓力能量的能力和其受迫振動(dòng)時(shí)的勢(shì)能 和動(dòng)能之和直接相關(guān)，為了提高中頻段濾波性能，S型彈性薄壁的半徑設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)大于管道半 徑，且薄壁的厚度較小，典型值為小于0.1mm。
[0062] 進(jìn)一步的，所述S型彈性薄壁87和外殼88之間形成圓柱形的共振容腔85。所述S型 彈性薄壁87的軸向上均勻開(kāi)有若干錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86, W保證在整個(gè)濾波器的范圍內(nèi)均 能實(shí)現(xiàn)插入式串并聯(lián)濾波。錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔86連通共振容腔85。所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔 開(kāi)口較寬處位于共振容腔內(nèi)，其錐度角為10°，用于展寬濾波頻率范圍，按集總參數(shù)法處理 后得到的濾波器固有角頻率為：
[0063] (1)
[0064] a-介質(zhì)中音速L一阻尼孔長(zhǎng)S-阻尼孔橫截面積V-并聯(lián)共振容腔體積。
[0065] 所述波紋管83呈螺旋狀繞在共振容腔85外，和共振容腔85通過(guò)多個(gè)錐形插入管82 連通。所述錐形插入管82開(kāi)口較寬處位于波紋管83內(nèi)，其錐度角為10°用于展寬濾波頻率范 圍。所述波紋管83各圈之間通過(guò)若干支管810連通，支管810上設(shè)有開(kāi)關(guān)84。所述波紋管83和 共振容腔85組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)H型濾波器。
[0066] 由圖3可知，串聯(lián)H型濾波器有2個(gè)固有角頻率，在波峰處濾波效果較好，而在波谷 處則基本沒(méi)有濾波效果;插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)H型濾波器中采用了螺旋異構(gòu)的波紋管83結(jié) 構(gòu)，波紋管本身具有彈性，當(dāng)液壓系統(tǒng)的流量和壓力脈動(dòng)經(jīng)過(guò)波紋管時(shí)，流體介質(zhì)導(dǎo)致液 壓-彈黃系統(tǒng)振動(dòng)，抵消波動(dòng)能量，從而起到濾波作用；同時(shí)，各圈波紋管83之間的若干支管 810的連通或斷開(kāi)，引起波的干設(shè)和疊加，從而改變串聯(lián)H型濾波器的頻率特性;合理安排濾 波器參數(shù)W及連通支管的數(shù)量和位置，可使串聯(lián)H型濾波器的頻率特性的波谷抬高，使濾波 器在整個(gè)中低頻段均有良好的濾波性能，實(shí)現(xiàn)中低頻段的全頻譜濾波。
[0067] 進(jìn)一步的，所述錐形變結(jié)構(gòu)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(kāi)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(kāi)啟或關(guān)閉。故當(dāng)壓力脈動(dòng)頻率落在高頻段時(shí)，S型容腔濾波器結(jié)構(gòu)起 濾波作用，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(a)狀態(tài);而當(dāng)脈動(dòng)頻率落在中頻段時(shí)， 濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)镾型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁7濾波結(jié)構(gòu)共同起作用，錐形彈性阻尼孔管 16和縫孔15都處于圖7(a)狀態(tài)；當(dāng)脈動(dòng)頻率落在某些特定的低頻頻率時(shí)，濾波器結(jié)構(gòu)變?yōu)?插入式串并聯(lián)H型濾波器、S型容腔濾波器結(jié)構(gòu)和彈性薄壁濾波結(jié)構(gòu)共同起作用，錐形彈性 阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(b)狀態(tài)，由于插入式串并聯(lián)H型濾波器的固有頻率被設(shè)計(jì) 為和運(yùn)些特定低頻脈動(dòng)頻率一致，對(duì)基頻能量大的系統(tǒng)可起到較好的濾波效果；當(dāng)脈動(dòng)頻 率落在某些特定頻率W外的低頻段時(shí)，錐形彈性阻尼孔管16和縫孔15都處于圖7(c)狀態(tài)。 運(yùn)樣的變結(jié)構(gòu)濾波器設(shè)計(jì)既保證了液壓系統(tǒng)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(tǒng)的液壓剛度。
[0068] 本濾波器8還能實(shí)線工況自適應(yīng)壓力脈動(dòng)衰減。當(dāng)液壓系統(tǒng)工況變化時(shí)，既執(zhí)行元 件突然停止或運(yùn)行，W及閥的開(kāi)口變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管路系統(tǒng)的特性阻抗發(fā)生突變，從而使原 管道壓力隨時(shí)間和位置變化的曲線也隨之改變，則壓力峰值的位置亦發(fā)生變化。由于本發(fā) 明的濾波器的軸向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為大于系統(tǒng)主要壓力脈動(dòng)波長(zhǎng)，且濾波器的插入式螺旋異構(gòu)串 聯(lián)H型濾波器的容腔長(zhǎng)度、S型容腔濾波器的長(zhǎng)度和彈性薄壁的長(zhǎng)度和濾波器軸線長(zhǎng)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(nèi)；插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)H型濾波 器的錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔開(kāi)在S型彈性薄壁上，沿軸線方向均勻分布，螺旋異構(gòu)纏繞的波紋管 和共振容腔間的錐形插入管在軸向均勻分布，使得壓力峰值位置變化對(duì)濾波器的性能幾乎 沒(méi)有影響，從而實(shí)現(xiàn)了工況自適應(yīng)濾波功能?？紤]到=種濾波結(jié)構(gòu)軸向尺寸和濾波器相當(dāng)， 運(yùn)一較大的尺寸也保證了液壓濾波器具備較強(qiáng)的壓力脈動(dòng)衰減能力。
[0069] 采用本濾波器8進(jìn)行液壓脈動(dòng)濾波的方法如下：
[0070] 1)，液壓流體通過(guò)輸入管進(jìn)入S型容腔濾波器，擴(kuò)大的容腔吸收多余液流，完成高 頻壓力脈動(dòng)的濾波；
[0071] 2)，通過(guò)S型彈性薄壁87受迫振動(dòng)，消耗流體的壓力脈動(dòng)能量，完成中頻壓力脈動(dòng) 的濾波；
[0072] 3)，通過(guò)插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)H型濾波器，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔、錐形插入管和流體 產(chǎn)生共振，消耗脈動(dòng)能量，完成低頻壓力脈動(dòng)的濾波；
[0073] 4)，將濾波器的軸向長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為大于液壓系統(tǒng)主要壓力脈動(dòng)波長(zhǎng)，且插入式串并 聯(lián)H型濾波器長(zhǎng)度、雙管插入式濾波器長(zhǎng)度和S型彈性薄壁87長(zhǎng)度同濾波器長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)系統(tǒng)工況改變時(shí)壓力脈動(dòng)的濾波；
[0074] 5)，通過(guò)錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔的錐形彈性阻尼孔管的伸縮和縫孔的開(kāi)關(guān)，完成壓力 脈動(dòng)自適應(yīng)濾波。
[0075] 所述溫控模塊1由加熱器、冷卻器和溫度傳感器組成。該溫控模塊1主要目的是為 磁化裝置提供最佳的磁化溫度約42°C。同時(shí)，溫度作為最主要的環(huán)境噪聲，不同的溫度會(huì)導(dǎo) 致液壓管路中的油液介電常數(shù)發(fā)生顯著變化，保持溫度恒定即可避免相鄰電容傳感器受溫 度噪聲的影響。
[0076] 所述加熱器為電加熱器，可采用本身帶溫度檢測(cè)的重慶金鴻的潤(rùn)滑油加熱器。冷 卻器可選用表面蒸發(fā)式空冷器，兼有水冷和空冷的優(yōu)點(diǎn)，散熱效果好，采用光管，流體阻力 小;冷卻器翅片類(lèi)型為高翅，翅片管選KLM型翅片管，傳熱性能好，接觸熱阻小，翅片與管子 接觸面積大，貼合緊密，牢固，承受冷熱急變能力佳，翅片根部抗大氣腐蝕性能高;空冷器的 管排數(shù)最優(yōu)為8。溫度傳感器采用銷(xiāo)電阻溫度傳感器。
[0077] 所述磁化裝置2能將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，并使微米級(jí)的磨損微粒 聚合成大顆粒，可提高相鄰電容傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)度。同時(shí)，由電磁學(xué)理論可知，磁場(chǎng)強(qiáng) 度越大，對(duì)鐵磁性顆粒的吸引力也就越大，大尺寸的鐵微粒移動(dòng)速度比小尺寸的鐵微?？?得多，將磨損微粒聚合成大顆粒也便于后續(xù)分離。
[0078] 油液中攜帶的膠質(zhì)顆粒和氣泡的介電常數(shù)和液壓油W及磨損顆粒的介電常數(shù)都 不相同，為了避免對(duì)后面的相鄰電容傳感器監(jiān)測(cè)造成影響，需要設(shè)計(jì)非均勻磁場(chǎng)分解或去 除膠質(zhì)顆粒和氣泡。
[0079] 根據(jù)磁場(chǎng)使分子取向排列論，當(dāng)油液流過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，磁場(chǎng)對(duì)油液中的膠質(zhì)顆粒的運(yùn) 動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，使得膠質(zhì)顆粒在管路中作有序流動(dòng)，減少了膠質(zhì)顆粒的相互連接，從 而起到分離膠質(zhì)顆粒的降粘作用。同時(shí)，磁化的顆粒之間存在著內(nèi)聚力，此力限制了氣泡的 形成和長(zhǎng)大。無(wú)氣泡時(shí)油液中的磁力線分布均勻，處于磁穩(wěn)狀態(tài)。當(dāng)油液中有氣泡時(shí)，氣泡 局部的磁力線發(fā)生彎由，彎曲的磁力線有恢復(fù)成原來(lái)均勻、平行、穩(wěn)定狀態(tài)的趨勢(shì)，因而產(chǎn) 生指向氣泡中屯、的磁張力，此力能限制氣泡的長(zhǎng)大。
[0080] 但磁場(chǎng)太強(qiáng)或太弱都很難取得好的磁處理效果。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度在某一值附近時(shí)， 磁處理具有最佳效果。同樣，溫度太高和太低降粘效果都不好。液壓油中的膠質(zhì)顆粒的分解 降粘需要一定的溫度和磁場(chǎng)強(qiáng)度，典型值為磁場(chǎng)強(qiáng)度在200mT左右，溫度約42°C。設(shè)計(jì)非均 勻磁場(chǎng)時(shí)要考慮到磁場(chǎng)的邊緣效應(yīng)所造成的影響，磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)設(shè)計(jì)為在油液流入的一端 較強(qiáng)，而在油液流出的一端較弱，滿足油液流出端，降低磁場(chǎng)、減輕邊緣效應(yīng)影響的要求，同 時(shí)保證在油液的流入端的磁化效果。
[0081] 本發(fā)明的磁化裝置由侶質(zhì)管道21、若干繞組22、鐵質(zhì)外殼23、法蘭24W及若干磁化 電流輸出模塊25組成。其中，所述侶質(zhì)管道21使油液從其中流過(guò)而受到磁化處理，且侶的磁 導(dǎo)率很低，可W使管道21中獲得較高的磁場(chǎng)強(qiáng)度。
[0082] 所述若干繞組22分別繞在侶質(zhì)管道21外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣漆 制成。各繞組22都是相互獨(dú)立設(shè)置的，分別由相應(yīng)的磁化電流輸出模塊25控制，其中電流根 據(jù)系統(tǒng)需要各不相同。由于每圈繞組22相互獨(dú)立，其引出端會(huì)造成該線圈組成的電流環(huán)不 是真正的"圓"，而是有個(gè)缺口，運(yùn)會(huì)造成侶質(zhì)管道21內(nèi)磁場(chǎng)的徑向分布不均勻，從而影響磁 化效果。為解決此問(wèn)題，本創(chuàng)作的每圈繞組22都由正繞組26和逆繞組27組成，目的是為了產(chǎn) 生同極性方向的磁場(chǎng)并同時(shí)彌補(bǔ)缺口造成的磁場(chǎng)不均衡。正繞組和逆繞組內(nèi)的電流大小相 等。在侶質(zhì)管道21軸線方向上排列有多對(duì)正逆繞組，通過(guò)不同的電流，用W形成前述要求的 非均勻磁場(chǎng)。
[0083] 所述鐵質(zhì)外殼23包覆于侶質(zhì)管道21上，鐵質(zhì)的材料會(huì)屏蔽掉大部分的磁通。所述 法蘭24焊接在侶質(zhì)管道21的兩端。
[0084] 每一磁化電流輸出模塊25連接至一繞組22,并由ECUlO控制，其利用數(shù)字電位計(jì)具 有和ECUlO實(shí)時(shí)通訊并實(shí)時(shí)修改阻值的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)非均勻磁場(chǎng)的實(shí)時(shí)控制。所述磁化電流輸 出模塊25使用的數(shù)字電位計(jì)為AD5206,具有6通道的輸出，可W和ECU之間實(shí)現(xiàn)單總線數(shù)據(jù) 傳輸。ECU通過(guò)單總線實(shí)現(xiàn)對(duì)磁化繞組的多塊磁化電流輸出模塊的電流設(shè)定和恒定輸出。運(yùn) 放AD8601和MOS管2N7002通過(guò)負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)了高精度的電壓跟隨輸出。恒定大電流輸出采用 了德州儀器(TI)的高電壓、大電流的運(yùn)放OPA 549。
[0085] 所述離屯、裝置3使油液在離屯、作用下，質(zhì)量較大的磁化顆粒被甩向腔壁，而油液中 的氣泡則在離屯、力作用下移向管道的中屯、軸線處，其選用旋流離屯、模塊3。
[0086] 所述旋流離屯、模塊3采用沿程起旋的方式，其設(shè)計(jì)原理如下:在管道中設(shè)置一定高 度和長(zhǎng)度的扭曲的導(dǎo)流片，并使葉面切線與軸線成一定角度，因管流邊界發(fā)生改變可使流 體產(chǎn)生圓管螺旋流，該螺旋流可分解為繞管軸的周向流動(dòng)和軸向平直流動(dòng)，流體中攜帶的 顆粒物產(chǎn)生偏軸線向屯、螺旋運(yùn)動(dòng)。該旋流離屯、模塊3由旋流管壁31、第一導(dǎo)流片32、第二導(dǎo) 流片33、步進(jìn)電機(jī)34W及流量傳感器35等幾部分組成，所述步進(jìn)電機(jī)34和流量傳感器35電 性連接至ECU 10。
[0087] 其中，所述第一導(dǎo)流片32設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流片32沿管壁31內(nèi)圓周隔120°均 勻分布，其安放角（第一導(dǎo)流片32和旋流管壁31之間的夾角）設(shè)為18% W保證最佳切向流 動(dòng)。所述第二導(dǎo)流片33和第一導(dǎo)流片32結(jié)構(gòu)相同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片32后，并和第一導(dǎo)流 片32錯(cuò)開(kāi)60°連接在管壁31內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C，用于減少阻力并加大周向流動(dòng)的強(qiáng)度。 另外，可根據(jù)實(shí)際分離效果同樣再設(shè)置第=或更多的導(dǎo)流片，安放角逐次增加。所述步進(jìn)電 機(jī)34連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo)流片32和第二導(dǎo)流片33, W調(diào)節(jié)安放角，從而可獲得更好的離屯、效 果，獲知使導(dǎo)流片32、33適應(yīng)不同的工況。所述流量傳感器35設(shè)置在管壁31內(nèi)的中央，ECU 10通過(guò)讀取流量傳感器35的數(shù)值分析旋流分離效果，并據(jù)此控制步進(jìn)電機(jī)34,步進(jìn)電機(jī)34 調(diào)節(jié)各導(dǎo)流片32、33的安放角，W獲得更加分離效果。
[0088] 進(jìn)一步的，所述第一導(dǎo)流片32的長(zhǎng)邊與管壁31相連，短邊33沿管壁31的軸線延伸； 為減小阻力，其前緣挫成純形；為避免繞流，后緣加工成翼形；其高度為管壁31直徑的0.4 倍，使形成的螺旋流具有較大的強(qiáng)度;長(zhǎng)度為管壁31直徑的1.8倍，W保證較大的對(duì)油液的 作用范圍。
[0089] 所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)裝置4由侶質(zhì)管道41、鐵質(zhì)外殼42、S相對(duì)稱(chēng)繞組43、法蘭44W及S 相對(duì)稱(chēng)電流模塊45組成。所述=相對(duì)稱(chēng)繞組43繞在侶質(zhì)管道41外。所述鐵質(zhì)外殼42包覆于 侶質(zhì)管道41上。所述法蘭44焊接在侶質(zhì)管道41的兩端。所述=相對(duì)稱(chēng)電流模塊45連接所述 S相對(duì)稱(chēng)繞組43,并由ECU 10控制。
[0090] 所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)裝置4的工作原理如下：由于聚合大顆粒的絕對(duì)質(zhì)量較小，經(jīng)旋流離 屯、模塊3初步離屯、后，磁化聚合大顆粒雖已被甩離管道軸線，但尚未接近管壁，需要進(jìn)行二 次離屯、。磁化聚合大顆粒隨油液進(jìn)入所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)裝置4后，=相對(duì)稱(chēng)繞組43中流過(guò)=相對(duì) 稱(chēng)電流，該電流在侶質(zhì)管道41內(nèi)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁化顆粒在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下受到磁場(chǎng)力的 作用，并在該力的作用下W螺旋狀前進(jìn)，同時(shí)向侶質(zhì)管道41管壁運(yùn)動(dòng)。合理調(diào)節(jié)磁場(chǎng)強(qiáng)度即 可使油液中的顆粒從油液中"分離"出來(lái)，聚集在侶質(zhì)管道41管壁附近，便于后續(xù)吸附。
[0091] 所述吸附模塊5用于吸附經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)裝置4離屯、后聚集在管壁附近的磁化聚合大 微粒。所述吸附模塊5采用同極相鄰型吸附環(huán)時(shí)，該同極相鄰型吸附環(huán)由侶質(zhì)環(huán)形管道51、 正向螺線管52、反向螺線管53W及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反 向螺線管53分別布置于侶質(zhì)環(huán)形管道51內(nèi)并由ECUlO控制，兩者通有方向相反的電流，使得 正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54布置于侶質(zhì)環(huán)形管 道51的內(nèi)壁上，其位于正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處、W及正向螺線管52和反向螺 線管53軸線的中間點(diǎn)。
[0092] 所述同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計(jì)原理如下：吸附環(huán)內(nèi)部有多個(gè)帶鐵忍的通電螺線 管，相鄰的螺線管線圈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(chǎn)生同 性磁極。同時(shí)，正向螺線管和反向螺線管相鄰處、W及正向螺線管和反向螺線管軸線中間點(diǎn) 的吸附環(huán)內(nèi)壁處設(shè)有鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽，呈條狀和吸附環(huán)軸線平行，吸附環(huán)的外殼為順磁性侶質(zhì) 外管壁，運(yùn)種設(shè)置有利于改善磁路，加大吸附環(huán)內(nèi)壁處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，增強(qiáng)對(duì)顆粒的捕獲吸附 能力。各螺線管電流由ECU直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化，W獲得最 佳吸附性能。吸附完成后，ECU控制電磁鐵斷電，順磁性侶質(zhì)管道失去磁性，附著在管道內(nèi)壁 上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進(jìn)入相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊。
[0093] 進(jìn)一步的，所述吸附裝置5也可采用帶電擊鍵的同極相鄰型吸附環(huán)時(shí)，該帶電擊鍵 的同極相鄰型吸附環(huán)由侶質(zhì)環(huán)形管道51、正向螺線管52、反向螺線管53、鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54、隔 板55、電擊鍵56W及電磁鐵57等部件組成。其中，所述正向螺線管52和反向螺線管53分別布 置于侶質(zhì)環(huán)形管道51內(nèi)并由ECUlO控制，兩者通有方向相反的電流，使得正向螺線管52和反 向螺線管53相鄰處產(chǎn)生同性磁極。所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽54布置于侶質(zhì)環(huán)形管道51的內(nèi)壁上，其 位于正向螺線管52和反向螺線管53相鄰處、W及正向螺線管52和反向螺線管53軸線的中間 點(diǎn)。所述電擊鍵56和電磁鐵57位于隔板55之間。所述電磁鐵57連接并能推動(dòng)電擊鍵56,使電 擊鍵56敲擊侶質(zhì)環(huán)形管道52內(nèi)壁。所述ECUlO電性連接并控制正向螺線管52、反向螺線管53 和電磁鐵57。
[0094] 所述帶電擊鍵的同極相鄰型吸附環(huán)的設(shè)計(jì)原理如下:吸附環(huán)內(nèi)部有多個(gè)帶鐵忍的 通電螺線管，相鄰的螺線管線圈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(chǎn)生同性磁極。同時(shí)，正向螺線管和反向螺線管相鄰處、W及正向螺線管和反向螺線管軸 線中間點(diǎn)的吸附環(huán)內(nèi)壁處設(shè)有鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽，呈條狀和吸附環(huán)軸線平行，吸附環(huán)的外殼為順 磁性侶質(zhì)外管壁，運(yùn)種設(shè)置有利于改善磁路，加大吸附環(huán)內(nèi)壁處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，增強(qiáng)對(duì)顆粒的 捕獲吸附能力。各螺線管電流由ECU直接控制，可根據(jù)顆粒的粒徑大小和濃度不同而變化， W獲得最佳吸附性能。相鄰螺線管之間還設(shè)有由電磁鐵控制的電鍵，兩端通過(guò)隔板和螺線 管磁隔離。運(yùn)一電擊鍵的設(shè)置用于防止顆粒在鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽處大量堆積，影響吸附效果。此 時(shí)，通過(guò)電磁鐵控制電鍵敲擊吸附環(huán)的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開(kāi)。同時(shí)，在清 洗吸附環(huán)時(shí)，電擊鍵的敲擊還可W提高清洗效果。吸附完成后，通過(guò)電磁鐵控制電鍵敲擊吸 附環(huán)的內(nèi)壁，使得被吸附的顆粒向兩側(cè)分散開(kāi)，隨后ECU控制電磁鐵斷電，順磁性侶質(zhì)管道 失去磁性，附著在管道內(nèi)壁上磁性聚合大顆粒隨油液沿管壁進(jìn)入相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊。 [00M]請(qǐng)參閱說(shuō)明書(shū)附圖15-1至附圖15-4所示，所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6在線監(jiān)測(cè) 液壓管路中磨損微粒狀況。所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6由有機(jī)玻璃內(nèi)壁61、接地屏蔽層 62、接收極板63、激勵(lì)極板64W及外壁65等幾部分組成。其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁61、接地屏蔽 層62和外壁65呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自?xún)?nèi)而外設(shè)置。
[0096] 所述機(jī)玻璃內(nèi)壁61的厚度為0.5mm，介電常數(shù)為2.5(液壓油的介電常數(shù)約2.1左 右），和液壓油的介電常數(shù)接近，因此邊緣電容為固定值；當(dāng)有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面堆滿磁化聚 合大顆粒時(shí)，磁化聚合大顆粒、液壓油與有機(jī)玻璃內(nèi)壁形成混合電介質(zhì)，對(duì)傳感器邊緣電容 共同作用，磁化聚合大顆粒的介電常數(shù)通常大于10,是液壓油和有機(jī)玻璃內(nèi)壁的介電常數(shù) 的數(shù)倍，足夠引起電容傳感器邊緣電容的明顯變化，因此可利用相鄰電容傳感器電容值的 變化，從而反推油液介電常數(shù)的微小變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損微粒的實(shí)施監(jiān)測(cè)。
[0097] 基于電容邊緣效應(yīng)的相鄰電容傳感器性能主要取決于穿透深度(電場(chǎng)線的穿透深 度）、信號(hào)強(qiáng)度（電容值的大?。￤及噪聲抑制、測(cè)量靈敏度(對(duì)電壓變化或電場(chǎng)變化的靈敏 度)和傳感器的測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍?，F(xiàn)有的相鄰電容傳感器測(cè)量得到的電容值很微弱，通常為PF 級(jí)甚至更小，對(duì)金屬微粒等低介電常數(shù)的介質(zhì)的測(cè)量效果則更差，因此提升傳感器輸出信 號(hào)強(qiáng)度尤為關(guān)鍵。同時(shí)，信號(hào)強(qiáng)度和穿透深度兩個(gè)指標(biāo)是相互沖突的，運(yùn)也是該傳感器性能 提升難點(diǎn)。
[0098] 相鄰電容傳感器信號(hào)強(qiáng)度與傳感器極板面積，極板間距，W及傳感器與待測(cè)物體 間的距離，待測(cè)物的介電常數(shù)都有著很大的關(guān)系。經(jīng)磁化聚合、離屯、和吸附處理的磨損微粒 在有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面聚集，顆粒數(shù)量的增加導(dǎo)致油液介電常數(shù)的增大，顆粒聚合帶來(lái)的粒 徑增大也使得油液介電常數(shù)的增大，同時(shí)磁化也有增加介電常數(shù)的功能，=者同時(shí)作用，大 大加強(qiáng)了信號(hào)強(qiáng)度;而又由于顆粒緊貼有機(jī)玻璃內(nèi)壁表面，對(duì)穿透深度要求幾乎為零，也解 決了指標(biāo)沖突問(wèn)題。
[0099] 由于相鄰電容傳感器輸出信號(hào)強(qiáng)度非常微弱，噪聲對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響顯著。通常 噪聲主要來(lái)源于兩方面，傳感器自身的噪聲和環(huán)境噪聲。為此設(shè)計(jì)了接地屏蔽層來(lái)降低傳 感器自身噪聲，接地屏蔽層62的介電常數(shù)為1.5-2.5，屏蔽層厚度為相鄰電容傳感器外壁65 厚度的巧Ij2倍之間為佳，W保證測(cè)量靈敏度。
[0100] 所述接收極板63、激勵(lì)極板64嵌設(shè)在接地屏蔽層62上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁61外側(cè)， 兩者之間形成間隙磁場(chǎng)66,用于檢測(cè)聚合顆粒67。所述接收極板63、激勵(lì)極板64均采用有效 邊緣長(zhǎng)且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層。該皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層中，激勵(lì)極板63、接 收極板64組成的曲線能遍歷正方形極板層中所有的點(diǎn)，得到一條充滿整個(gè)正方形極板層空 間的曲線。在極板層面積固定的情況下，該結(jié)構(gòu)具有最長(zhǎng)有效邊緣、最大極板面積和最復(fù)雜 結(jié)構(gòu)，增加了有效極板面積與極板邊緣，增加了傳感器邊緣電容值，降低了對(duì)外部接口電路 靈敏度的要求。由此可獲得最佳信號(hào)強(qiáng)度，傳感器激勵(lì)極板與接收極板采用弧形邊緣也避 免了極板拐角處的高靈敏性與不穩(wěn)定性。進(jìn)一步的，所述接收極板63、激勵(lì)極板64兩者之間 設(shè)有隔離層69;所述隔離層69的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍，其能有效的將接收極 板63、激勵(lì)極板64隔罔。
[0101 ]所述消磁模塊7的一端設(shè)有油液出口 92，其由剩磁傳感器和消磁器組成。由于磁滯 現(xiàn)象的存在，當(dāng)鐵磁材料磁化到飽和狀態(tài)后，即使撤消外加磁場(chǎng)，材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度仍回 不到零點(diǎn)，需要外加磁場(chǎng)消磁。為了防止磁化微粒進(jìn)入液壓回路，對(duì)污染敏感液壓元件造成 損傷，所述消磁模塊7根據(jù)消磁器出口處剩磁傳感器的檢測(cè)值控制消磁器的消磁強(qiáng)度。此處 采用的消磁方法為電磁退磁，方法是通過(guò)加一適當(dāng)?shù)姆聪虼艌?chǎng)，使得材料中的磁感應(yīng)強(qiáng)度 重新回到零點(diǎn)，且磁場(chǎng)強(qiáng)度或電流必須按順序反轉(zhuǎn)和逐步降低。
[0102] 請(qǐng)參閱說(shuō)明書(shū)附圖16所示，所述磨損微粒在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)一步包括所述ECU10,其 可選擇Microchip公司的PIC 16F877。所述濾波器8、剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、 溫度傳感器、磁化電流輸出模塊25、機(jī)械離屯、模塊3、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離屯、模塊4、吸附模塊5、相鄰 電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6均電性連接至ECU上，并受ECU控制。
[0103] 采用上述磨損微粒在線監(jiān)測(cè)裝置對(duì)液壓有中的磨損微粒監(jiān)測(cè)包括如下方法：
[0104] 1)，液壓管路中的油液攜帶磨損微粒通過(guò)濾波器8,通過(guò)濾波器8衰減液壓系統(tǒng)中 的高、中、低頻段的脈動(dòng)壓力，W及抑制流量波動(dòng)；
[0105] 2)，通過(guò)溫控模塊控制油液溫度恒定在42°C ;
[0106] 3)，磁化模塊2將油液中攜帶的磨損微粒的強(qiáng)力磁化，使微米級(jí)的磨損微粒聚合成 大顆粒
[0107] 4)，磁化聚合顆粒在機(jī)械離屯、模塊3中初步離屯、；
[0108] 5)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)模塊4對(duì)磁化聚合顆粒進(jìn)行二次離屯、；
[0109] 6)，吸附模塊即及附經(jīng)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)模塊4離屯、后聚集在管壁附近的磁化聚合大微粒；
[0110] 7)，通過(guò)相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊6在線監(jiān)測(cè)液壓管路中磨損微粒狀況
[0111] 8)，消磁模塊7給磁化顆粒消磁，防止磁化微粒進(jìn)入液壓回路，對(duì)污染敏感液壓元 件造成損傷。
[0112] W上的【具體實(shí)施方式】?jī)H為本創(chuàng)作的較佳實(shí)施例，并不用W限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng) 作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征在于:包括濾波器、 溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離心模塊、吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊 以及消磁模塊;其中，所述濾波器、溫控模塊、磁化模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離心模塊、 吸附模塊、相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊和消磁模塊依次連接;所述濾波器的一端設(shè)有油液入口， 其包括輸入管、外殼、輸出管、波紋管以及S型彈性薄壁;其中，所述輸入管連接于外殼的一 端;所述輸出管連接于外殼的另一端;所述S型彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內(nèi)，其內(nèi) 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型彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔;所述S型彈性薄壁的軸向上均勻開(kāi)有若干 錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔，錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔連通共振容腔;所述錐形變結(jié)構(gòu)阻尼孔由錐形彈性 阻尼孔管和縫孔組成;所述波紋管呈螺旋狀繞在共振容腔外，和共振容腔通過(guò)多個(gè)錐形插 入管連通;所述波紋管各圈之間通過(guò)若干支管連通，支管上設(shè)有開(kāi)關(guān);所述波紋管和共振容 腔組成插入式螺旋異構(gòu)串聯(lián)Η型濾波器;所述消磁模塊的一端設(shè)有油液出口，其由剩磁傳感 器和消磁器組成。2. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，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(jié)構(gòu)阻尼孔開(kāi)口較寬處位 于共振容腔內(nèi)，其錐度角為10° ;所述錐形變結(jié)構(gòu)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(kāi)啟或關(guān)閉；所述錐形插入管開(kāi)口較寬處位于波紋管 內(nèi)，其錐度角為10°。3. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征 在于:所述溫控模塊包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器;所述加熱器采用帶溫度檢測(cè)的重慶 金鴻的潤(rùn)滑油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發(fā)式空冷器，冷卻器的翅片管選KLM型翅片 管;溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感器。4. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征 在于:所述磁化模塊包括鋁質(zhì)管道、若干繞組、鐵質(zhì)外殼、法蘭以及若干磁化電流輸出模塊； 其中，所述若干繞組分別繞在鋁質(zhì)管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成，正繞組和逆繞組 內(nèi)的電流大小相等;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;每 一磁化電流輸出模塊連接至一繞組。5. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征 在于:所述機(jī)械離心模塊采用旋流離心模塊;所述旋流離心模塊包括旋流管壁、第一導(dǎo)流 片、第二導(dǎo)流片、步進(jìn)電機(jī)以及流量傳感器;其中，所述第一導(dǎo)流片設(shè)有3片，該3片第一導(dǎo)流 片沿管壁內(nèi)圓周隔120°均勻分布，其安放角設(shè)為18°;所述第二導(dǎo)流片和第一導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)相 同，其設(shè)置在第一導(dǎo)流片后，并和第一導(dǎo)流片錯(cuò)開(kāi)60°連接在管壁內(nèi)，其安放角設(shè)為36°C ;所 述第一導(dǎo)流片的長(zhǎng)邊與管壁相連，短邊沿管壁的軸線延伸;其前緣挫成鈍形，后緣加工成翼 形，其高度為管壁直徑的0.4倍，長(zhǎng)度為管壁直徑的1.8倍;所述步進(jìn)電機(jī)連接并驅(qū)動(dòng)第一導(dǎo) 流片和第二導(dǎo)流片，以調(diào)節(jié)安放角;所述流量傳感器設(shè)置在管壁內(nèi)的中央。6. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征 在于:所述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離心模塊包括鋁質(zhì)管道、鐵質(zhì)外殼、三相對(duì)稱(chēng)繞組、法蘭以及三相對(duì)稱(chēng) 電流模塊;所述三相對(duì)稱(chēng)繞組繞在鋁質(zhì)管道外;所述鐵質(zhì)外殼包覆于鋁質(zhì)管道上;所述法蘭 焊接在鋁質(zhì)管道的兩端;所述三相對(duì)稱(chēng)電流模塊連接所述三相對(duì)稱(chēng)繞組。7. 如權(quán)利要求6所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征 在于:所述吸附模塊采用同極相鄰型吸附環(huán);所述同極相鄰型吸附環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正 向螺線管、反向螺線管以及鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽；所述正向螺線管和反向螺線管分別布置于鋁質(zhì)環(huán) 形管道內(nèi)，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(chǎn)生同性磁極； 所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi)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(diǎn)。8. 如權(quán)利要求6所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，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(huán);所述帶電擊錘的同極相鄰型吸附 環(huán)包括鋁質(zhì)環(huán)形管道、正向螺線管、反向螺線管、鐵質(zhì)導(dǎo)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(zhì)環(huán)形管道內(nèi)，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(chǎn)生同性磁極;所述鐵質(zhì)導(dǎo)磁帽布置于鋁質(zhì)環(huán)形管道的內(nèi) 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(diǎn);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(dòng)電擊錘，使電擊錘敲擊鋁質(zhì)環(huán)形管道內(nèi)壁。9. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特征 在于:所述相鄰電容微粒監(jiān)測(cè)模塊包括有機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層、接收極板、激勵(lì)極板以 及外壁;其中，所述機(jī)玻璃內(nèi)壁、接地屏蔽層和外壁呈管狀結(jié)構(gòu)，并依次自?xún)?nèi)而外設(shè)置;所述 機(jī)玻璃內(nèi)壁的厚度為〇.5mm，介電常數(shù)為2.5;所述接地屏蔽層的介電常數(shù)為1.5-2.5,厚度 為外壁厚度的1到2倍;所述接收極板、激勵(lì)極板嵌設(shè)在接地屏蔽層上，并位于機(jī)玻璃內(nèi)壁外 側(cè);所述接收極板、激勵(lì)極板均采用皮亞諾曲線結(jié)構(gòu)極板層，兩者之間設(shè)有隔離層;所述隔 離層的寬度為有機(jī)玻璃內(nèi)壁厚度的0.8-1倍。10. 如權(quán)利要求1所述的用液壓濾波、離心分離和相鄰電容的磨損微粒監(jiān)測(cè)設(shè)備，其特 征在于:其進(jìn)一步包括一 ECU，所述濾波器、剩磁傳感器、消磁器、加熱器、冷卻器、溫度傳感 器、磁化電流輸出模塊、機(jī)械離心模塊、旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)離心模塊、吸附模塊和相鄰電容微粒監(jiān)測(cè) 模塊均電性連接至E⑶上。
【文檔編號(hào)】F15B21/04GK106015173SQ201610311305
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】張華芳
【申請(qǐng)人】紹興文理學(xué)院