用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器的制造方法

用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其滤波器、U型微粒分离模块、回油筒、外桶依次置于底板上；滤波器采用变结构工况自适应滤波器，其和U型微粒分离模块连接；U型微粒分离模块包括一U型管，U型管上安装有温控模块、磁化模块、吸附模块和消磁模块；U型微粒分离模块和回油筒通过回油筒进油管连接；内筒置于外桶内，其安装于端盖上；螺旋流道收容于内筒内，其和U型微粒分离模块通过一内筒进油管连接；内筒进油管位于回油筒进油管内，并延伸入U型微粒分离模块的中央；滤芯设置在内筒的内壁上；所述外桶的底部设有一液压油出油口。本发明具有过滤性能好，适应性和集成性高，使用寿命长等诸多优点。
【专利说明】用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器 【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种液压油滤油器，具体涉及一种用全频段变结构工况自适应滤波、 磁化和吸附的滤油器，属于液压设备技术领域。 【【背景技术】】
[0002] 国内外的资料统计表明，液压系统的故障大约有70%~85%是由于油液污染引起 的。固体颗粒则是油液污染中最普遍、危害作用最大的污染物。由固体颗粒污染物引起的液 压系统故障占总污染故障的70%。在液压系统油液中的颗粒污染物中，金属磨肩占比在 20%~70%之间。采取有效措施滤除油液中的固体颗粒污染物，是液压系统污染控制的关 键，也是系统安全运行的可靠保证。
[0003] 过滤器是液压系统滤除固体颗粒污染物的关键元件。液压油中的固体颗粒污染 物，除油箱可沉淀一部分较大颗粒外，主要靠滤油装置来滤除。尤其是高压过滤装置，主要 用来过滤流向控制阀和液压缸的液压油，以保护这类抗污染能力差的液压元件，因此对液 压油的清洁度要求更高。
[0004] 然而，现有的液压系统使用的高压过滤器存在以下不足：（1)液压系统中因液压栗 周期性排油机制带来流量脉动及压力脉动，使滤波器中的滤芯在工作时产生受迫振动，降 低了过滤性能；（2)各类液压元件对油液的清洁度要求各不相同，油液中的固体微粒的粒径 大小亦各不相同，为此需要在液压系统的不同位置安装多个不同类型滤波器，由此带来了 成本和安装复杂度的问题；（3)液压系统中的过滤器主要采用滤饼过滤方式，过滤时滤液垂 直于过滤元件表面流动，被截流的固体微粒形成滤饼并逐渐增厚，过滤速度也随之逐渐下 降直至滤液停止流出，降低了过滤元件的使用寿命。
[0005] 因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的用全频段变结构工况自适 应滤波、磁化和吸附的滤油器，以克服现有技术中的所述缺陷。 【
【发明内容】
】
[0006] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种过滤性能好，适应性和集成性 高，使用寿命长的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器。
[0007] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：用全频段变结构工况自适应滤波、磁 化和吸附的滤油器，其包括底板、滤波器、U型微粒分离模块、回油筒、内筒、螺旋流道、滤芯、 外桶以及端盖;其中，所述滤波器、U型微粒分离模块、回油筒、外桶依次置于底板上;所述滤 波器包括输入管、外壳、输出管、波纹管以及S型弹性薄壁;其中，所述输入管连接于外壳的 一端，其和一液压油进口对接;所述输出管连接于外壳的另一端，其和U型微粒分离模块对 接;所述S型弹性薄壁沿外壳的径向安装于外壳内，其内形成膨胀腔和收缩腔;所述输入管、 输出管和S型弹性薄壁共同形成一 S型容腔滤波器;所述S型弹性薄壁和外壳之间形成圆柱 形的共振容腔;所述S型弹性薄壁的轴向上均匀开有若干锥形变结构阻尼孔，锥形变结构阻 尼孔连通共振容腔;所述锥形变结构阻尼孔由锥形弹性阻尼孔管和缝孔组成;所述波纹管 呈螺旋状绕在共振容腔外，和共振容腔通过多个锥形插入管连通;所述波纹管各圈之间通 过若干支管连通，支管上设有开关;所述波纹管和共振容腔组成插入式螺旋异构串联Η型滤 波器;所述U型微粒分离模块包括一 U型管，U型管上依次安装有温控模块、磁化模块、吸附模 块以及消磁模块;所述U型微粒分离模块和回油筒的上方通过一回油筒进油管连接;所述内 筒置于外桶内，其通过一顶板以及若干螺栓安装于端盖上;所述螺旋流道收容于内筒内，其 和U型微粒分离模块之间通过一内筒进油管连接;所述内筒进油管位于回油筒进油管内，并 延伸入U型微粒分离模块的中央，其直径小于回油筒进油管直径，且和回油筒进油管同轴设 置;所述滤芯设置在内筒的内壁上;所述外桶的底部设有一液压油出油口。
[0008] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述输入管和输出管的轴线不在同一轴线上;所述锥形变结构阻尼孔开口较宽处位于共振 容腔内，其锥度角为10°;所述锥形变结构阻尼孔锥形弹性阻尼孔管的杨氏模量比弹性薄壁 的杨氏模量要大，能随流体压力变化拉伸或压缩;缝孔的杨氏模量比锥形弹性阻尼孔管的 杨氏模量要大，能随流体压力开启或关闭;所述锥形插入管开口较宽处位于波纹管内，其锥 度角为10°。
[0009] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述温控模块包括加热器、冷却器和温度传感器;所述加热器采用带温度检测的重庆金鸿 的润滑油加热器;所述冷却器选用表面蒸发式空冷器，冷却器的翅片管选KLM型翅片管;温 度传感器采用铂电阻温度传感器。
[0010] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述磁化模块包括铝质管道、若干绕组、铁质外壳、法兰以及若干磁化电流输出模块;其中， 所述若干绕组分别绕在铝质管道外，各绕组由正绕组和逆绕组组成;所述铁质外壳包覆于 铝质管道上;所述法兰焊接在铝质管道的两端;每一磁化电流输出模块连接至一绕组。
[0011] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述吸附模块具体采用同极相邻型吸附环，该同极相邻型吸附环包括铝质环形管道、正向 螺线管、反向螺线管以及铁质导磁帽；所述正向螺线管和反向螺线管分别布置于铝质环形 管道内，两者通有方向相反的电流，使得正向螺线管和反向螺线管相邻处产生同性磁极;所 述铁质导磁帽布置于铝质环形管道的内壁上，其位于正向螺线管和反向螺线管相邻处、以 及正向螺线管和反向螺线管轴线的中间点。
[0012] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述吸附模块具体采用带电击锤的同极相邻型吸附环，该带电击锤的同极相邻型吸附环包 括铝质环形管道、正向螺线管、反向螺线管、铁质导磁帽、隔板、电击锤以及电磁铁;所述正 向螺线管和反向螺线管分别布置于铝质环形管道内，两者通有方向相反的电流，使得正向 螺线管和反向螺线管相邻处产生同性磁极;所述铁质导磁帽布置于铝质环形管道的内壁 上，其位于正向螺线管和反向螺线管相邻处、以及正向螺线管和反向螺线管轴线的中间点； 所述隔板位于正向螺线管和反向螺线管之间；所述电击锤和电磁铁位于隔板之间；所述电 磁铁连接并能推动电击锤，使电击锤敲击铝质环形管道内壁。
[0013] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述回油筒的底部设有一溢流阀，该溢流阀底部设有一电控调节螺丝;所述溢流阀上设有 一排油口，该排油口通过管道连接至一油箱。
[0014] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述内筒的底部呈倒圆台状，其通过一内筒排油管和回油筒连接，内筒排油管上设有一电 控止回阀。
[0015] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器进一步设置为： 所述内筒的中央竖直设有一空心圆柱，空心圆柱的上方设有压差指示器，该压差指示器安 装于端盖上;所述内筒进油管和螺旋流道相切连接。
[0016] 本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器还设置为:所述 滤芯的精度为1-5微米。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0018] 1.通过滤波器衰减液压油的压力/流量脉动，使滤芯在工作时不发生振动，以提高 过滤性能;液压油在U型微粒分离模块中实现固体微粒的分离，使油液中的固体微粒向管壁 运动，在U型微粒分离模块出口处，富含固体微粒的管壁附近的油液通过回油筒进油管进入 回油筒后回流到油箱，而仅含微量小粒径微粒的管道中心的油液则通过内筒进油管进入内 筒进行高精度过滤，提高了滤芯的使用寿命，降低了滤波成本和复杂度;进入内筒进油管的 油液以切向进流的方式流入内筒的螺旋流道，内筒壁为滤芯，则滤液在离心力的作用下紧 贴滤芯流动，滤液平行于滤芯的表面快速流动，过滤后的液压油则垂直于滤芯表面方向流 出到外筒，这种十字流过滤方式对滤芯表面的微粒实施扫流作用，抑制了滤饼厚度的增加， 沉积在内筒底部的污染颗粒可定时通过电控止回阀排出到回油筒，从而提高滤芯使用寿 命。
[0019] 2.通过控制液压油的温度和磁场强度，使油液中的颗粒强力磁化聚集成大颗粒， 并促使胶质颗粒分解消融，通过吸附模块形成高效吸附，通过消磁装置对残余颗粒消磁避 免危害液压元件，从而使油液中固体微粒聚集成大颗粒运动到管壁附近。
[0020] 3.磁化需要的非均匀磁场的产生，需要多对正逆线圈对并通过不同大小的电流， 且电流数值可在线数字设定。 【【附图说明】】
[0021] 图1是本发明的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器的结构示 意图。
[0022] 图2是图1中的滤波器的结构示意图。
[0023]图3是插入式Η型滤波器示意图。
[0024] 图4是单个的Η型滤波器和串联的Η型滤波器频率特性组合图。其中，实线为单个的 Η型滤波器频率特性。
[0025] 图5是S型容腔滤波器的结构示意图。
[0026] 图6是S型弹性薄壁的横截面示意图。
[0027] 图7是图3中锥形变结构阻尼孔的示意图。
[0028] 图7(a)至图7(c)是锥形变结构阻尼孔的工作状态图。
[0029] 图8是图1中的U型微粒分离模块的示意图。
[0030] 图9是图8中的磁化模块的结构示意图。
[0031] 图10是图9中的绕组的结构示意图。
[0032] 图11是图9中的磁化电流输出模块的电路图。
[0033] 图12是图8的吸附模块为同极相邻型吸附环的结构示意图。
[0034] 图13是图8中的吸附模块为带电击锤的同极相邻型吸附环的结构示意图。 【【具体实施方式】】
[0035] 请参阅说明书附图1至附图13所示，本发明为一种用全频段变结构工况自适应滤 波、磁化和吸附的滤油器，其由底板6、滤波器8、U型微粒分离模块3、回油筒7、内筒15、螺旋 流道17、滤芯18、外桶19以及端盖25等几部分组成。其中，所述滤波器8、U型微粒分离模块2、 回油筒7、外桶19依次置于底板6上。
[0036] 所述滤波器8用于将液压油输入，并可衰减液压系统中的高、中、低频段的脉动压 力，和抑制流量波动。所述滤波器8由输入管81、外壳88、输出管89、波纹管83以及S型弹性薄 壁87等几部分组成。
[0037]其中，所述输入管81连接于外壳89的一端，其和一液压油进口 1对接;所述输出管 811连接于外壳89的另一端，其和U型微粒分离模块3对接。所述S型弹性薄壁87沿外壳的径 向安装于外壳88内，其内形成膨胀腔71和收缩腔72。所述输入管81和输出管89的轴线不在 同一轴线上，这样可以提高10%以上的滤波效果。
[0038]所述输入管81、输出管89和S型弹性薄壁87共同形成一S型容腔滤波器，从而衰减 液压系统高频压力脉动。按集总参数法处理后得到的滤波器透射系数为：
[0039]
[0040] a-介质中音速L一收缩腔长度D-膨胀腔直径Z-特性阻抗
[0041] γ-透射系数f一压力波动频率cU-输入管直径d-收缩腔直径 [0042] h-膨胀腔系数k2-收缩腔系数
[0043] 由上式可见，S型容腔滤波器和电路中的电容作用类似。不同频率的压力脉动波通 过该滤波器时，透射系数随频率而不同。频率越高，则透射系数越小，这表明高频的压力脉 动波在经过滤波器时衰减得越厉害，从而起到了消除高频压力脉动的作用。同时，本发明的 S型容腔结构中，膨胀腔和收缩腔之间过渡平滑，有助于降低腔体直径突变带来的系统压力 损失。
[0044] 所述S型容腔滤波器的设计原理如下：当变化的流量通过输入管进入S型容腔的膨 胀腔时，液流超过平均流量，扩大的膨胀腔可以吸收多余液流，而在低于平均流量时放出液 流，从而吸收压力脉动能量。多级膨胀腔和收缩腔的组合则提高了滤波器的脉动压力吸收 能力，也即滤波性能。膨胀腔和收缩腔之间采用曲面光滑过渡，则避免了由流体界面突变带 来的沿程压力损失及发热。
[0045] 所述S型弹性薄壁87通过受迫机械振动来削弱液压系统中高频压力脉动。按集总 参数法处理后得到的S型弹性薄壁固有频率为：
[0046]
[0047] k-S型弹性薄壁结构系数h-S型弹性薄壁厚度R-S型弹性薄壁半径 [0048] E-S型弹性薄壁的杨氏模量P-S型弹性薄壁的质量密度
[0049] η- S型弹性薄壁的载流因子μ-S型弹性薄壁的泊松比。
[0050] 代入实际参数，对上式进行仿真分析可以发现，S型弹性薄壁87的固有频率通常比 Η型滤波器的固有频率高，而且其衰减频带也比Η型滤波器宽。在相对较宽的频带范围内，S 型弹性薄壁对压力脉动具有良好的衰减效果。同时，本发明的滤波器结构中的S型弹性薄壁 半径较大且较薄，其固有频率更靠近中频段，可实现对液压系统中的中高频压力脉动的有 效衰减。
[0051] 所述S型弹性薄壁87的设计原理如下:管道中产生中频压力脉动时，双管插入式容 腔滤波器对压力波动的衰减能力较弱，流入双管插入式容腔的周期性脉动压力持续作用在 S型弹性薄壁的内外壁上，由于内外壁之间有支柱固定连接，内外S型弹性薄壁同时按脉动 压力的频率做周期性振动，该受迫振动消耗了流体的压力脉动能量，从而实现中频段压力 滤波。由虚功原理可知，S型弹性薄壁消耗流体脉动压力能量的能力和其受迫振动时的势能 和动能之和直接相关，为了提高中频段滤波性能，S型弹性薄壁的半径设计为远大于管道半 径，且薄壁的厚度较小，典型值为小于0.1_。
[0052] 进一步的，所述S型弹性薄壁87和外壳88之间形成圆柱形的共振容腔85。所述S型 弹性薄壁87的轴向上均匀开有若干锥形变结构阻尼孔86,以保证在整个滤波器的范围内均 能实现插入式串并联滤波。锥形变结构阻尼孔86连通共振容腔85。所述锥形变结构阻尼孔 开口较宽处位于共振容腔内，其锥度角为10°，用于展宽滤波频率范围，按集总参数法处理 后得到的滤波器固有角频率为：
[0053]
[0054] a-介质中音速L一阻尼孔长S-阻尼孔横截面积V-并联共振容腔体积。
[0055]所述波纹管83呈螺旋状绕在共振容腔85外，和共振容腔85通过多个锥形插入管82 连通。所述锥形插入管82开口较宽处位于波纹管83内，其锥度角为10°用于展宽滤波频率范 围。所述波纹管83各圈之间通过若干支管810连通，支管810上设有开关84。所述波纹管83和 共振容腔85组成插入式螺旋异构串联Η型滤波器。
[0056]由图3可知，串联Η型滤波器有2个固有角频率，在波峰处滤波效果较好，而在波谷 处则基本没有滤波效果;插入式螺旋异构串联Η型滤波器中采用了螺旋异构的波纹管83结 构，波纹管本身具有弹性，当液压系统的流量和压力脉动经过波纹管时，流体介质导致液 压-弹簧系统振动，抵消波动能量，从而起到滤波作用；同时，各圈波纹管83之间的若干支管 810的连通或断开，引起波的干涉和叠加，从而改变串联Η型滤波器的频率特性;合理安排滤 波器参数以及连通支管的数量和位置，可使串联Η型滤波器的频率特性的波谷抬高，使滤波 器在整个中低频段均有良好的滤波性能，实现中低频段的全频谱滤波。
[0057] 进一步的，所述锥形变结构阻尼孔86由锥形弹性阻尼孔管16和缝孔15组成，锥形 较窄端开口于弹性薄壁7。其中锥形弹性阻尼孔管16的杨氏模量比弹性薄壁7的杨氏模量要 大，能随流体压力变化拉伸或压缩;缝孔15的杨氏模量比锥形弹性阻尼孔管16的杨氏模量 要大，能随流体压力开启或关闭。故当压力脉动频率落在高频段时，S型容腔滤波器结构起 滤波作用，锥形弹性阻尼孔管16和缝孔15都处于图7(a)状态;而当脉动频率落在中频段时， 滤波器结构变为S型容腔滤波器结构和弹性薄壁7滤波结构共同起作用，锥形弹性阻尼孔管 16和缝孔15都处于图7 (a)状态；当脉动频率落在某些特定的低频频率时，滤波器结构变为 插入式串并联Η型滤波器、S型容腔滤波器结构和弹性薄壁滤波结构共同起作用，锥形弹性 阻尼孔管16和缝孔15都处于图7(b)状态，由于插入式串并联Η型滤波器的固有频率被设计 为和这些特定低频脉动频率一致，对基频能量大的系统可起到较好的滤波效果；当脉动频 率落在某些特定频率以外的低频段时，锥形弹性阻尼孔管16和缝孔15都处于图7(c)状态。 这样的变结构滤波器设计既保证了液压系统的全频段全工况滤波，又降低了正常工况下滤 波器的压力损失，保证了系统的液压刚度。
[0058] 本滤波器8还能实线工况自适应压力脉动衰减。当液压系统工况变化时，既执行元 件突然停止或运行，以及阀的开口变化时，会导致管路系统的特性阻抗发生突变，从而使原 管道压力随时间和位置变化的曲线也随之改变，则压力峰值的位置亦发生变化。由于本发 明的滤波器的轴向长度设计为大于系统主要压力脉动波长，且滤波器的插入式螺旋异构串 联Η型滤波器的容腔长度、S型容腔滤波器的长度和弹性薄壁的长度和滤波器轴线长度相 等，保证了压力峰值位置一直处于滤波器的有效作用范围内；插入式螺旋异构串联Η型滤波 器的锥形变结构阻尼孔开在S型弹性薄壁上，沿轴线方向均匀分布，螺旋异构缠绕的波纹管 和共振容腔间的锥形插入管在轴向均匀分布，使得压力峰值位置变化对滤波器的性能几乎 没有影响，从而实现了工况自适应滤波功能。考虑到三种滤波结构轴向尺寸和滤波器相当， 这一较大的尺寸也保证了液压滤波器具备较强的压力脉动衰减能力。
[0059] 采用本滤波器8进行液压脉动滤波的方法如下：
[0060] 1)，液压流体通过输入管进入S型容腔滤波器，扩大的容腔吸收多余液流，完成高 频压力脉动的滤波；
[0061] 2)，通过S型弹性薄壁87受迫振动，消耗流体的压力脉动能量，完成中频压力脉动 的滤波；
[0062] 3)，通过插入式螺旋异构串联Η型滤波器，锥形变结构阻尼孔、锥形插入管和流体 产生共振，消耗脉动能量，完成低频压力脉动的滤波；
[0063] 4)，将滤波器的轴向长度设计为大于液压系统主要压力脉动波长，且插入式串并 联Η型滤波器长度、双管插入式滤波器长度和S型弹性薄壁87长度同滤波器长度相等，使压 力峰值位置一直处于滤波器的有效作用范围，实现系统工况改变时压力脉动的滤波；
[0064] 5)，通过锥形变结构阻尼孔的锥形弹性阻尼孔管的伸缩和缝孔的开关，完成压力 脉动自适应滤波。
[0065] 所述U型微粒分离模块3包括一 U型管31，U型管31上依次安装有温控模块32、磁化 模块33、吸附模块34以及消磁模块35。
[0066]所述温控模块32主要目的是为磁化模块33提供最佳的磁化温度40-50°C，同时还 兼具油液降粘的作用，其包括加热器、冷却器和温度传感器。所述加热器采用带温度检测的 重庆金鸿的润滑油加热器。所述冷却器可选用表面蒸发式空冷器，兼有水冷和空冷的优点， 散热效果好，采用光管，流体阻力小;冷却器翅片类型为高翅，翅片管选KLM型翅片管，传热 性能好，接触热阻小，翅片与管子接触面积大，贴合紧密，牢固，承受冷热急变能力佳，翅片 根部抗大气腐蚀性能高；空冷器的管排数最优为8。所述温度传感器采用铂电阻温度传感 器。
[0067]所述磁化模块33实现金属颗粒的强力磁化，并使微米级的金属颗粒聚合成大颗 粒，便于后续吸附分离。同时磁化模块32还需要提供非均匀磁场，对液压油中的胶质颗粒进 行磁化分解，使胶质微粒分解为更小粒径尺寸的微粒，减轻污染。
[0068]所述磁化模块33由铝质管道331、若干绕组332、铁质外壳333、法兰334以及若干磁 化电流输出模块335组成。其中，所述铝质管道331使油液从其中流过而受到磁化处理，且铝 的磁导率很低，可以使管道331中获得较高的磁场强度。
[0069]所述若干绕组332分别绕在铝质管道331外，由直径为1.0mm左右的铜丝涂覆绝缘 漆制成。各绕组332都是相互独立设置的，分别由相应的磁化电流输出模块335控制，其中电 流根据系统需要各不相同。由于每圈绕组332相互独立，其引出端会造成该线圈组成的电流 环不是真正的"圆"，而是有个缺口，这会造成铝质管道331内磁场的径向分布不均匀，从而 影响磁化效果。为解决此问题，本创作的每圈绕组332都由正绕组336和逆绕组337组成，目 的是为了产生同极性方向的磁场并同时弥补缺口造成的磁场不均衡。正绕组和逆绕组内的 电流大小相等。在铝质管道331轴线方向上排列有多对正逆绕组，通过不同的电流，用以形 成前述要求的非均匀磁场。
[0070] 所述铁质外壳333包覆于铝质管道331上，铁质的材料会屏蔽掉大部分的磁通。所 述法兰334焊接在铝质管道331的两端，并通过法兰法兰334在U型管20中。
[0071] 每一磁化电流输出模块335连接至一绕组332，其利用数字电位计实时修改阻值的 特点，实现非均匀磁场的实时控制。所述磁化电流输出模块335的电路原理图可参见附图5， 其使用的数字电位计为AD5206,具有6通道的输。运放AD8601和M0S管2N7002通过负反馈实 现了高精度的电压跟随输出。恒定大电流输出采用了德州仪器(TI)的高电压、大电流的运 放0ΡΑ 549〇
[0072]所述吸附模块34用于吸附经磁化模块33磁化后的磁性聚合大微粒，其可采用同极 相邻型吸附环，该同极相邻型吸附环由铝质环形管道341、正向螺线管342、反向螺线管343 以及铁质导磁帽344等部件组成。其中，所述正向螺线管342和反向螺线管343分别布置于铝 质环形管道341，两者通有方向相反的电流，使得正向螺线管342和反向螺线管343相邻处产 生同性磁极。所述铁质导磁帽344布置于铝质环形管道341的内壁上，其位于正向螺线管342 和反向螺线管343相邻处、以及正向螺线管342和反向螺线管343轴线的中间点。
[0073]所述同极相邻型吸附环的设计原理如下:通电正向螺线管342、反向螺线管343,相 邻的正向螺线管342、反向螺线管343通有方向相反的电流，使得正向螺线管342、反向螺线 管343相邻处产生同性磁极；同时，铝质环形管道341能够改善磁路，加大管道内壁处的磁场 强度，增强铁质导磁帽344对颗粒的捕获吸附能力。各正向螺线管342、反向螺线管343电流 可根据颗粒的粒径大小和浓度不同而变化，以获得最佳吸附性能。
[0074]进一步的，所述吸附模块34也可采用带电击锤的同极相邻型吸附环，该带电击锤 的同极相邻型吸附环由铝质环形管道341、正向螺线管342、反向螺线管343、铁质导磁帽 344、隔板345、电击锤346以及电磁铁347等部件组成。其中，所述正向螺线管342和反向螺线 管343分别布置于铝质环形管道341，两者通有方向相反的电流，使得正向螺线管342和反向 螺线管343相邻处产生同性磁极。所述铁质导磁帽344布置于铝质环形管道341的内壁上，其 位于正向螺线管342和反向螺线管343相邻处、以及正向螺线管342和反向螺线管343轴线的 中间点。所述电击锤346和电磁铁347位于隔板345之间。所述电磁铁347连接并能推动电击 锤346，使电击锤346敲击铝质环形管道342内壁。
[0075]所述带电击锤的同极相邻型吸附环的设计原理如下:通电正向螺线管342、反向螺 线管343,相邻的正向螺线管342、反向螺线管343通有方向相反的电流，使得正向螺线管 342、反向螺线管343相邻处产生同性磁极；同时，铝质环形管道341能够改善磁路，加大管道 内壁处的磁场强度，增强铁质导磁帽344对颗粒的捕获吸附能力。各正向螺线管342、反向螺 线管343电流可根据颗粒的粒径大小和浓度不同而变化，以获得最佳吸附性能。而通过电击 锤346的设置，防止颗粒在铁质导磁帽344处大量堆积，影响吸附效果。此时，通过电磁铁347 控制电击锤346敲击管道341的内壁，使得被吸附的颗粒向两侧分散开。同时，在清洗管道 341时，电击锤346的敲击还可以提高清洗效果。
[0076]所述吸附模块34设计成U型，在油液进入U型吸附管道时，颗粒在重力、离心力的作 用下，向一侧管壁移动，在加上磁场力作用，径向移动速度加快，颗粒吸附的效率得以提高； 在油液离开U型吸附管道上升时，重力和磁场力的合力使得颗粒沿斜向下的方向运动，延长 了颗粒受力时间，提高了颗粒吸附的效率。
[0077]所述消磁模块35给磁化颗粒消磁，防止残余磁性微粒通过回油筒进油管进入液压 回路，对污染敏感液压元件造成损伤。
[0078] 所述U型微粒分离模块3和回油筒7的上方通过一回油筒进油管22连接;通过U型微 粒分离模块3处理后，U型管31管壁附近的油液富含聚合颗粒，通过回油筒进油管22进入回 油筒7后回流到油箱。
[0079] 所述回油筒7的底部设有一溢流阀2,该溢流阀2底部设有一电控调节螺丝9;所述 溢流阀2上设有一排油口 10，该排油口 10通过管道20连接至一油箱11。
[0080] 所述内筒15置于外桶19内，其通过一顶板13以及若干螺栓21安装于端盖25上。所 述螺旋流道17收容于内筒15内，其和U型微粒分离模块3之间通过一内筒进油管12连接，具 体的说，所述内筒进油管12和螺旋流道17相切连接。U型管31管道中心的油液仅含微量小粒 径微粒，通过内筒进油管12进入内筒15实现高精度过滤，从而实现固体微粒分离。进一步 的，所述内筒进油管12位于回油筒进油管22内，并延伸入U型微粒分离模块3的中央，其直径 小于回油筒进油管22直径，且和回油筒进油管22同轴设置。
[0081] 进一步的，所述内筒15的底部呈倒圆台状，其通过一内筒排油管23和回油筒7连 接，内筒排油管23上设有一电控止回阀24。所述内筒15的中央竖直设有一空心圆柱16,空心 圆柱16的上方设有压差指示器14,该压差指示器14安装于端盖25上。
[0082] 所述滤芯18设置在内筒15的内壁上，其精度为1-5微米。
[0083] 所述外桶19的底部设有一液压油出油口 5,通过液压油出油口 5将过滤好的液压油 排出。
[0084] 在本发明中，由于U型微粒分离模块3对油液内固体微粒分离聚合作用，在U型微粒 分离模块3出口处的油液中，中心的油液仅含微量小粒径微粒，该部分油液从内筒进油管12 流入到内筒15进行高精度过滤;而管壁附近的油液富含聚合颗粒，该部分油液通过回油筒 进油管22进入回油筒7,再经溢流阀2的排油口 10流回油箱11，从而实现固体微粒按颗粒粒 径分流滤波。此处，回油筒7和溢流阀2起到了前述的粗滤作用，从而节省了过滤器个数，降 低了系统成本和复杂度。溢流阀2的电控调节螺丝9用于调节溢流压力，将其压力调整到略 低于过滤出口处压力，以保证内筒15过滤流量。
[0085]另外，传统的过滤器主要采用滤饼过滤方式，过滤时滤液垂直于过滤元件表面流 动，被截流的固体微粒形成滤饼并逐渐增厚，过滤速度也随之逐渐下降，直至滤液停止流 出，降低了过滤元件的使用寿命。在本本发明中，来自内筒进油管12携带小粒径微粒的滤液 以切向进流的方式流入内筒15的螺旋流道17，螺旋通道17侧面的内筒15壁为高精度滤芯 18,滤液在离心力的作用下紧贴滤芯18表面，滤液平行于滤芯18的表面快速流动，过滤后的 液压油则垂直于滤芯18表面方向流出到外筒19,这两个流动的方向互相垂直交错，故称其 为十字流过滤。滤液的快速流动对聚集在滤芯18表面的微粒施加了剪切扫流作用，从而抑 制了滤饼厚度的增加，使得过滤速度近乎恒定，过滤压力也不会随时间的流逝而升高，滤芯 的使用寿命因而大幅度提高。随着过滤时间的累积，沉积在内筒15倒圆台底部的污染颗粒 逐步增加，过滤速度缓慢下降，内筒15内未过滤的滤液沿中心的空心圆筒16上升，此时，压 差指示器14起作用，监控其压力变化，亦即内筒15底部滤芯18的堵塞情况，若超过阈值，则 调节电控调节螺丝9降低溢流压力，并同时打开止回阀24,使内筒15底部含较多污染颗粒的 滤液在压差作用下通过内筒排油管23排出到回油筒7,避免了底部滤芯18堵塞状况恶化，从 而延长了滤芯18使用寿命。
[0086] 采用上述滤油装置对回流液压油处理的工艺步骤如下：
[0087] 1)，液压管路中的油液通过滤波器8,滤波器8衰减液压系统中的高、中、低频段的 脉动压力，以及抑制流量波动；
[0088] 2)，液压油进入U型微粒分离模块3的温控模块32,通过温控模块32调节油温到最 佳的磁化温度40-50°C，之后进入磁化模块33;
[0089] 3)，通过磁化模块33使油液中的金属颗粒在磁场中被磁化，并使微米级的金属颗 粒聚合成大颗粒;之后进入吸附模块34;
[0090] 4)，通过吸附模块34吸附回油中的磁性聚合微粒;之后进入消磁模块35;
[0091 ] 5 )，通过消磁模块35消除磁性微粒磁性；
[0092] 6)，U型微粒分离模块3管壁附近的油液通过回油筒进油管22进入回油筒7后回流 到油箱，而含微量小粒径微粒的管道中心的油液则通过内筒进油管12进入内筒15进行高精 度过滤；
[0093] 7 )，携带小粒径微粒的油液以切向进流的方式流入内筒15的螺旋流道17，油液在 离心力的作用下紧贴滤芯流动，并进行高精度过滤；
[0094] 8)，高精度过滤后的油液排入外筒19,并通过外筒19底部的液压油出油口 5排出。
[0095] 以上的【具体实施方式】仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创 作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之 内。
【主权项】
1. 用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征在于:包括底板、滤 波器、U型微粒分离模块、回油筒、内筒、螺旋流道、滤芯、外桶以及端盖;其中，所述滤波器、U 型微粒分离模块、回油筒、外桶依次置于底板上;所述滤波器包括输入管、外壳、输出管、波 纹管以及S型弹性薄壁;其中，所述输入管连接于外壳的一端，其和一液压油进口对接;所述 输出管连接于外壳的另一端，其和U型微粒分离模块对接;所述S型弹性薄壁沿外壳的径向 安装于外壳内，其内形成膨胀腔和收缩腔;所述输入管、输出管和S型弹性薄壁共同形成一S 型容腔滤波器;所述S型弹性薄壁和外壳之间形成圆柱形的共振容腔;所述S型弹性薄壁的 轴向上均匀开有若干锥形变结构阻尼孔，锥形变结构阻尼孔连通共振容腔;所述锥形变结 构阻尼孔由锥形弹性阻尼孔管和缝孔组成;所述波纹管呈螺旋状绕在共振容腔外，和共振 容腔通过多个锥形插入管连通;所述波纹管各圈之间通过若干支管连通，支管上设有开关； 所述波纹管和共振容腔组成插入式螺旋异构串联Η型滤波器;所述U型微粒分离模块包括一 U型管，U型管上依次安装有温控模块、磁化模块、吸附模块以及消磁模块;所述U型微粒分离 模块和回油筒的上方通过一回油筒进油管连接;所述内筒置于外桶内，其通过一顶板以及 若干螺栓安装于端盖上;所述螺旋流道收容于内筒内，其和U型微粒分离模块之间通过一内 筒进油管连接;所述内筒进油管位于回油筒进油管内，并延伸入U型微粒分离模块的中央， 其直径小于回油筒进油管直径，且和回油筒进油管同轴设置;所述滤芯设置在内筒的内壁 上;所述外桶的底部设有一液压油出油口。2. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述输入管和输出管的轴线不在同一轴线上;所述锥形变结构阻尼孔开口较宽处位 于共振容腔内，其锥度角为10° ;所述锥形变结构阻尼孔锥形弹性阻尼孔管的杨氏模量比弹 性薄壁的杨氏模量要大，能随流体压力变化拉伸或压缩;缝孔的杨氏模量比锥形弹性阻尼 孔管的杨氏模量要大，能随流体压力开启或关闭；所述锥形插入管开口较宽处位于波纹管 内，其锥度角为10°。3. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述温控模块包括加热器、冷却器和温度传感器;所述加热器采用带温度检测的重庆 金鸿的润滑油加热器;所述冷却器选用表面蒸发式空冷器，冷却器的翅片管选KLM型翅片 管;温度传感器采用铂电阻温度传感器。4. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述磁化模块包括铝质管道、若干绕组、铁质外壳、法兰以及若干磁化电流输出模块； 其中，所述若干绕组分别绕在铝质管道外，各绕组由正绕组和逆绕组组成;所述铁质外壳包 覆于铝质管道上;所述法兰焊接在铝质管道的两端;每一磁化电流输出模块连接至一绕组。5. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述吸附模块具体采用同极相邻型吸附环，该同极相邻型吸附环包括铝质环形管道、 正向螺线管、反向螺线管以及铁质导磁帽；所述正向螺线管和反向螺线管分别布置于铝质 环形管道内，两者通有方向相反的电流，使得正向螺线管和反向螺线管相邻处产生同性磁 极;所述铁质导磁帽布置于铝质环形管道的内壁上，其位于正向螺线管和反向螺线管相邻 处、以及正向螺线管和反向螺线管轴线的中间点。6. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述吸附模块具体采用带电击锤的同极相邻型吸附环，该带电击锤的同极相邻型吸 附环包括铝质环形管道、正向螺线管、反向螺线管、铁质导磁帽、隔板、电击锤以及电磁铁； 所述正向螺线管和反向螺线管分别布置于铝质环形管道内，两者通有方向相反的电流，使 得正向螺线管和反向螺线管相邻处产生同性磁极;所述铁质导磁帽布置于铝质环形管道的 内壁上，其位于正向螺线管和反向螺线管相邻处、以及正向螺线管和反向螺线管轴线的中 间点;所述隔板位于正向螺线管和反向螺线管之间；所述电击锤和电磁铁位于隔板之间；所 述电磁铁连接并能推动电击锤，使电击锤敲击铝质环形管道内壁。7. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述回油筒的底部设有一溢流阀，该溢流阀底部设有一电控调节螺丝;所述溢流阀上 设有一排油口，该排油口通过管道连接至一油箱。8. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述内筒的底部呈倒圆台状，其通过一内筒排油管和回油筒连接，内筒排油管上设有 一电控止回阀。9. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特征 在于:所述内筒的中央竖直设有一空心圆柱，空心圆柱的上方设有压差指示器，该压差指示 器安装于端盖上;所述内筒进油管和螺旋流道相切连接。10. 如权利要求1所述的用全频段变结构工况自适应滤波、磁化和吸附的滤油器，其特 征在于:所述滤芯的精度为1 -5微米。
【文档编号】F15B21/04GK105864180SQ201610311874
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】娄建国
【申请人】绍兴文理学院