液壓系統(tǒng)向高壓、大流量發(fā)展,其噪聲與壓力脈動(dòng)越來越嚴(yán)重。減小壓力脈動(dòng)是液壓系統(tǒng)降低其振動(dòng)和噪聲的有效手段之一�？茖W(xué)家和工程師們自19世紀(jì)就開始研究流體動(dòng)力系統(tǒng)的壓力脈動(dòng),開發(fā)出多種降低壓力脈動(dòng)的裝置。然而,隨著液壓系統(tǒng)的發(fā)展,壓力脈動(dòng)衰減器向小型化、寬頻化、主動(dòng)式和集成化方向發(fā)展,同時(shí)也帶來了一些新的問題。衰減器的結(jié)構(gòu)需要改變才能同時(shí)滿足小型化和寬頻化,這時(shí),傳統(tǒng)的分析模型已經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)在的發(fā)展需求。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值分析已經(jīng)成為科學(xué)研究和工程設(shè)計(jì)中重要的分析方法之一。CFD (Computational Fluid Dynamics,計(jì)算流體動(dòng)力學(xué))及可視化后處理技術(shù)是分析液壓元件中流體流動(dòng)的關(guān)鍵技術(shù),這些技術(shù)使研究人員能夠看到在實(shí)際工作中無法觀察的現(xiàn)象：CFD技術(shù)已經(jīng)在泵、閥的性能優(yōu)化中發(fā)揮著重要的作用。將這些技術(shù)運(yùn)用于脈動(dòng)衰減器的性能分析,必能使衰減器的開發(fā)前進(jìn)一大步。因此,論文主要研究脈動(dòng)衰減器的頻率特性數(shù)值分析方法,并將其應(yīng)用到典型脈動(dòng)衰減器及異形脈動(dòng)衰減器的特性分析,主要內(nèi)容如下： 首先,論文詳述了脈動(dòng)衰減器頻率特性的數(shù)值計(jì)算方法。利用流體動(dòng)力學(xué)基本方程,在開源且面向?qū)ο蟮腃FD軟件OpenFOAM中對(duì)三維的管路和衰減器進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算。M序列的壓力或流速信號(hào)作為輸入的脈動(dòng)信號(hào)作用于脈動(dòng)衰減器系統(tǒng)的入口邊界：提出了計(jì)算瞬態(tài)周期性邊界條件問題的穩(wěn)定判據(jù)以判斷計(jì)算是否收斂及穩(wěn)定,建立了計(jì)算流程。通過傅立葉變換及Shannon采樣定理把時(shí)域和頻域聯(lián)系起來,并使參數(shù)協(xié)調(diào)以便能夠準(zhǔn)確地計(jì)算脈動(dòng)衰減器的特性。利用Holmboe和Rouleau所做的水擊實(shí)驗(yàn)對(duì)數(shù)值分析的基本模型進(jìn)行了驗(yàn)證,同時(shí)利用經(jīng)典分布參數(shù)模型對(duì)管道頻率特性的數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果說明數(shù)值分析方法是有效的和準(zhǔn)確的。 其次,討論了管道頻率特性的影響因素：通過數(shù)值模擬得出：粘度的變化對(duì)管道的共振頻率影響甚��；當(dāng)粘度降低時(shí),共振頻率處的幅值則升高。流體中混入氣體會(huì)大大降低流體中的壓力波速,從而降低其共振頻率。平均壓力對(duì)管道的頻率特性幾乎沒有影響,同時(shí)M序列壓力峰—峰值對(duì)管道頻率特性影響很小,但是峰—峰值增加會(huì)使輸出壓力和流量波動(dòng)的峰—峰值增加。平均流速也對(duì)管道頻率特性的影響甚小,而且M序列流速的峰—峰值對(duì)管道的頻率特性也幾乎沒有影響,但也會(huì)增加輸出壓力和流速的峰—峰值。減小管道直徑會(huì)小幅度降低管道的共振頻率 再次,分析了單腔(一級(jí))脈動(dòng)衰減器的特性。利用集中參數(shù)模型討論了衰減器的結(jié)構(gòu)對(duì)其頻率特性的影響。通過對(duì)不同共振腔截面形狀的衰減器進(jìn)行數(shù)值分析,包括正方形、長(zhǎng)方形及橢圓形,可得：共振腔截面形狀對(duì)衰減器的頻率特性影響甚小。用階躍壓力信號(hào)對(duì)不同共振腔直徑的衰減器進(jìn)行了計(jì)算,結(jié)果表明：共振腔直徑過小時(shí),主管路會(huì)有過高或過低的壓力,加劇了流體脈動(dòng)；共振腔直徑過大,主管路會(huì)出現(xiàn)過低的壓力；所以,應(yīng)當(dāng)避免突變壓力沖擊。另外,對(duì)不同共振腔直徑—長(zhǎng)度比(其容積相同)的衰減器進(jìn)行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明：當(dāng)共振腔直徑—長(zhǎng)度比減小時(shí),衰減器的共振頻率在一定值以下就會(huì)逐漸降低。因此,如果使用小的共振腔體積及小的直徑—長(zhǎng)度比的衰減器,同樣可以達(dá)到與較大共振腔體積和較大直徑—長(zhǎng)度比的衰減器的共振頻率。通過對(duì)兩個(gè)小型的衰減器進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果表明小的衰減器也可以達(dá)到同樣的共振頻率,但是衰減的幅度有所下降。對(duì)連接部為錐形結(jié)構(gòu)的衰減器進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明錐形頸部結(jié)構(gòu)能提高衰減器的共振頻率。對(duì)非對(duì)稱圓形和橢圓形共振腔的衰減器進(jìn)行數(shù)據(jù)模擬,結(jié)果表明,非對(duì)稱布置共振腔會(huì)小幅度降低衰減器的共振頻率。通過實(shí)驗(yàn)證明,衰減器對(duì)壓力脈動(dòng)的衰減是有效的,同時(shí)也能夠有效地降低噪聲。 第四,對(duì)多腔(多級(jí))脈動(dòng)衰減器進(jìn)行了理論分析和數(shù)值分析。利用集中參數(shù)模型推出了兩腔(二級(jí))串聯(lián)脈動(dòng)衰減器共振頻率的計(jì)算方法,與分布參數(shù)法相比誤差很小。通過對(duì)非對(duì)稱及對(duì)稱圓形共振腔的衰減器進(jìn)行計(jì)算,說明非對(duì)稱結(jié)構(gòu)也可以降低二級(jí)脈動(dòng)衰減器的固有頻率。三腔串聯(lián)衰減器有三個(gè)共振頻率,但第三共振頻率處的幅值小于O dB,說明在這個(gè)頻率上幾乎沒有衰減效果。然而,并聯(lián)衰減器的總衰減特性是單個(gè)衰減器單獨(dú)作用時(shí)衰減特性的線性組合,所以并聯(lián)衰減器的性能可擴(kuò)展性強(qiáng)而且在多個(gè)頻率上的衰減效果明顯。 最后,討論了異形結(jié)構(gòu)脈動(dòng)衰減器的特性：對(duì)異形衰減器的分析說明,CFD分析方法具有很好的結(jié)構(gòu)適應(yīng)性。對(duì)螺旋形結(jié)構(gòu)和之字形結(jié)構(gòu)的分析說明,異形結(jié)構(gòu)非常利于衰減器的小型化、集成化設(shè)計(jì)。對(duì)附加連接管道的之字形結(jié)構(gòu)和多管道并聯(lián)結(jié)構(gòu)脈動(dòng)衰減器的分析說明,在衰減器的管道上添加輔助連接管道,可改善衰減器的頻率特性、實(shí)現(xiàn)衰減器的寬頻化。這些分析表明異形結(jié)構(gòu)是脈動(dòng)衰減器的發(fā)展方向之一。
【學(xué)位單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2010
【中圖分類】：TH137.9
【部分圖文】：

書書找于三二二巨 巨...乙~，‘.自口，...網(wǎng)一一 一 ~~~一，舀， ，圖1一 8Stein開發(fā)的流體壓力脈動(dòng)衰減器[38]式脈動(dòng)衰減器方面進(jìn)行了一系列的研究[’3書，]，其自適應(yīng)控制結(jié)構(gòu)采用FXLMS(Fillered RefereneeLeastMeansquare)算法，可以衰減10至 500Hz的頻率范圍，其衰減幅值至少 20dB。 1996年，山同和小島將主動(dòng)式脈動(dòng)衰減器用于空調(diào)機(jī)的噪聲控制[46】。詞脈動(dòng)源圖1一9一種主動(dòng)式脈動(dòng)衰減器[4#]1991年，趙克定等對(duì)井聯(lián)和串聯(lián)囊式蓄能器進(jìn)行了理論分析和數(shù)字仿真，認(rèn)為:串聯(lián)囊式蓄能器在較寬的頻率范圍內(nèi)都有優(yōu)良的壓力脈動(dòng)衰減作用;蓄能器的充氣壓力、公稱容積、管徑及安裝位置對(duì)流體壓力脈動(dòng)的衰減作用不大[471二1995年，小島與一柳利用實(shí)驗(yàn)對(duì)壓力脈動(dòng)衰減器的傳遞函數(shù)進(jìn)行r研究并評(píng)估了衰減器的性能[48]1996年

可以有效降低截面突變產(chǎn)生的阻力損失，當(dāng)大于這一角度時(shí)，則無效I6a]。王裕清在2005、2006年發(fā)表論文，對(duì)液壓阻容濾波系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和仿真分析，其結(jié)構(gòu)女[1圖1一13所示，其結(jié)合了蓄能器和過濾器兩種液壓元件的壓力脈動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了濾波與油濾的雙重作用[65，66]。2008年，Wang在其博士學(xué)位論文中詳細(xì)闡述了 FxLMs(FilteredRerereneeLeast MeanSquare)主動(dòng)控制方式，以對(duì)液壓系統(tǒng)中壓力脈動(dòng)進(jìn)行衰減，通過計(jì)算機(jī)仿真，及以伺服閥作為脈動(dòng)源的測(cè)試臺(tái)上實(shí)時(shí)應(yīng)用[6v]，在一簡(jiǎn)單的以液壓泵作為脈動(dòng)源的液壓系統(tǒng)上的試驗(yàn)表明，這種方式在一般工況下一可以衰減大約20dB:上述分析表明，隨著工業(yè)、工程建設(shè)的發(fā)展，液壓脈動(dòng)衰減器有以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì):(l)頻寬擴(kuò)展受制于經(jīng)典簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的衰減器

需要的移位寄存器個(gè)數(shù)為n一8，反饋權(quán)重系數(shù)為【’“4]{C{l三2三 8}={1.10.0.0.01.1}(2并9)移位寄存器初值全置為l二此M序列的長(zhǎng)度為陣一2“一1一255，如圖2一5所示:圖2一58個(gè)移位寄存器組成的M序列產(chǎn)生器生成的序列此外，采樣點(diǎn)數(shù)為階=28+4=4096，基本采樣頻率則為fs一4096/0.1二 40960Hz.在實(shí)際計(jì)算中，可根據(jù)需要提高采樣頻率，一般為基本采樣頻率大的整數(shù)倍:

【參考文獻(xiàn)】

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1 趙克定,李尚義,羅曉鳴,劉慶和;并聯(lián)和串聯(lián)囊式蓄能器的理論分析和數(shù)字仿真[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);1991年02期

2 邢科禮,葛思華,丁崇生,何鉞;新型串聯(lián)囊式蓄能器的理論分析及其安裝位置的研究[J];工程機(jī)械;1997年08期

3 邢科禮,劉山,葛思華,何鉞;壓力脈動(dòng)衰減器衰減效果的評(píng)價(jià)方法[J];機(jī)械研究與應(yīng)用;1998年04期

4 李洪人,陳照弟;新的液壓管路分段集中參數(shù)鍵圖模型及其試驗(yàn)研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2000年03期

5 邢科禮,葛思華,丁崇生,何鉞;新型串聯(lián)囊式蓄能器對(duì)油源壓力脈動(dòng)影響的試驗(yàn)研究[J];機(jī)床與液壓;1998年01期

6 朱之墀，國瑞，田瑞，戴根華;流動(dòng)管道內(nèi)利用旁通管道反聲降噪研究[J];聲學(xué)學(xué)報(bào)(中文版);1997年01期

7 田樹軍;張宏;;液壓管路動(dòng)態(tài)特性的Simulink仿真研究[J];系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào);2006年05期

8 周文,陸世鑫,范振江;液壓濾波方法[J];液壓與氣動(dòng);1992年02期

9 王裕清;劉俊利;;液壓阻容濾波元件的設(shè)計(jì)及性能實(shí)驗(yàn)[J];液壓與氣動(dòng);2005年12期

10 董為民,李功宇,尹紅;HQ管反聲消聲器的仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究[J];噪聲與振動(dòng)控制;2004年02期

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1 單長(zhǎng)吉;壓力脈動(dòng)衰減器的數(shù)學(xué)模型仿真及CFD流體解析[D];西南交通大學(xué);2004年

2 田華安;水消聲器降噪效果及流場(chǎng)動(dòng)態(tài)特性研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2815846