一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法

一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法
【專利摘要】本發明涉及一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其通過過濾器衰減液壓油的壓力/流量脈動；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，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通過電控止回閥排出到回油筒，從而提高濾芯使用壽命。
【專利說明】一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法 【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種液壓油過濾方法，具體涉及一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的 濾油方法，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)液壓系統中因液壓栗 周期性排油機制帶來流量脈動及壓力脈動，使濾波器中的濾芯在工作時產生受迫振動，降 低了過濾性能；（2)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；（3)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采用全頻段濾波、磁化和吸 附的濾油方法，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，使用壽命長的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法。
[0007] 為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的 濾油方法，其包括底板、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、波紋管、彈性薄壁以及膠體阻尼層;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，其延伸入外殼內，并和U型 微粒分離模塊對接;所述彈性薄壁沿外殼的徑向安裝于外殼內；所述輸入管、輸出管和彈性 薄壁共同形成一 K型濾波器;所述彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔;所述彈性薄 壁的軸向上均勻開有若干錐形阻尼孔，錐形阻尼孔連通共振容腔;所述波紋管呈螺旋狀繞 在共振容腔外，和共振容腔通過多個錐形插入管連通;所述波紋管各圈之間通過若干支管 連通，支管上設有開關;所述波紋管和共振容腔組成插入式螺旋異構串聯Η型濾波器;所述U 型微粒分離模塊包括一 U型管，U型管上依次安裝有溫控模塊、磁化模塊、吸附模塊以及消磁 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;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；
[0010] 2)，液壓油進入U型微粒分離模塊的溫控模塊，通過溫控模塊調節油溫到最佳的磁 化溫度40-50 °C，之后進入磁化模塊；
[0011] 3)，通過磁化裝置使油液中的金屬顆粒在磁場中被磁化，并使微米級的金屬顆粒 聚合成大顆粒;之后進入吸附模塊；
[0012] 4)，通過吸附模塊吸附回油中的磁性聚合微粒;之后進入消磁模塊35;
[0013] 5)，通過消磁模塊消除磁性微粒磁性；
[0014] 6)，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] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為:所述輸入管和輸出 管的軸線不在同一軸線上;所述錐形阻尼孔開口較寬處位于共振容腔內，其錐度角為10°; 所述錐形插入管開口較寬處位于波紋管內，其錐度角為10° ;所述錐形插入管和錐形阻尼孔 的位置相互錯開;所述膠體阻尼層的內層和外層分別為外層彈性薄壁和內層彈性薄壁，外 層彈性薄壁和內層彈性薄壁之間由若干支柱固定連接;所述外層彈性薄壁和內層彈性薄壁 之間的夾層內填充有加防凍劑的純凈水，純凈水內懸浮有多孔硅膠;所述膠體阻尼層靠近 輸出管的一端和外殼相連;所述膠體阻尼層靠近輸出管的一端設有一活塞。
[0018] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為: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的重慶金鴻的潤滑油加熱器;所 述冷卻器選用表面蒸發式空冷器，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。
[0019] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為:所述磁化模塊包括 鋁質管道、若干繞組、鐵質外殼、法蘭以及若干磁化電流輸出模塊;其中，所述若干繞組分別 繞在鋁質管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成;所述鐵質外殼包覆于鋁質管道上;所述法 蘭焊接在鋁質管道的兩端;每一磁化電流輸出模塊連接至一繞組。
[0020] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為:所述吸附模塊具體 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。
[0021] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為:所述吸附模塊具體 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，使電擊錘敲擊錯質環形管道內壁。
[0022] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為: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。
[0023] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為: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。
[0024] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法進一步為: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。
[0025] 本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法還為:所述濾芯的精度為1-5微 米。
[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磁場強度，使油液中的顆粒強力磁化聚集成大顆粒， 并促使膠質顆粒分解消融，通過吸附模塊形成高效吸附，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是本發明的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油系統的結構示意圖。
[0031] 圖2是圖1中的濾波器的結構示意圖。
[0032]圖3是插入式Η型濾波器示意圖。
[0033]圖4是單個的Η型濾波器和串聯的Η型濾波器頻率特性組合圖。其中，實線為單個的 Η型濾波器頻率特性。
[0034]圖5是Κ型濾波器的結構示意圖。
[0035]圖6是彈性薄壁的橫截面示意圖。
[0036]圖7是膠體阻尼層的縱截面示意圖。
[0037]圖8是圖1中的U型微粒分離模塊的示意圖。
[0038]圖9是圖8中的磁化模塊的結構示意圖。
[0039]圖10是圖9中的繞組的結構示意圖。
[0040] 圖11是圖9中的磁化電流輸出模塊的電路圖。
[0041] 圖12是圖8的吸附模塊為同極相鄰型吸附環的結構示意圖。
[0042] 圖13是圖8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】】
[0043] 請參閱說明書附圖1至附圖13所示，本發明為一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的 濾油系統，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。
[0044] 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89、輸出管811、波紋管83、彈性薄壁87 以及膠體阻尼層88等幾部分組成。
[0045]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，其延伸入外殼89內，其和U型微粒分離模塊3對接。所述彈性薄 壁87沿外殼的徑向安裝于外殼89內。所述輸入管81和輸出管811的軸線不在同一軸線上，這 樣可以提高1 〇 %以上的濾波效果。
[0046]所述輸入管81、輸出管811和彈性薄壁87共同形成一 K型濾波器，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：
[0047]
[0048] a-介質中音速P-流體密度d2-插入式輸出管直徑Z-特性阻抗。
[0049] 由上式可見，K型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。
[0050] 所述K型濾波器的設計原理如下:管道中壓力脈動頻率較高時，壓力波動作用在流 體上對流體產生壓縮效應。當變化的流量通過輸入管進入K型濾波器容腔時，液流超過平均 流量，擴大的容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。
[0051] 所述彈性薄壁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 法處理后得到的彈性薄壁固有頻率為：
[0052]
[0053] k一彈性薄壁結構系數h-彈性薄壁厚度R-彈性薄壁半徑 [0054] E-彈性薄壁的楊氏模量P-彈性薄壁的質量密度
[0055] η-彈性薄壁的載流因子μ-彈性薄壁的泊松比。
[0056] 代入實際參數，對上式進行仿真分析可以發現，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，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。 [0057]所述彈性薄壁87的設計原理如下：管道中產生中頻壓力脈動時，雙管插入式容腔 濾波器對壓力波動的衰減能力較弱，流入雙管插入式容腔的周期性脈動壓力持續作用在彈 性薄壁的內外壁上，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O.lmm。
[0058] 進一步的，所述彈性薄壁87和外殼89之間形成圓柱形的共振容腔85。所述彈性薄 壁87的軸向上均勻開有若干錐形阻尼孔86,以保證在整個濾波器的范圍內均能實現插入式 串并聯濾波。錐形阻尼孔86連通共振容腔85。所述錐形阻尼孔開口較寬處位于共振容腔內， 其錐度角為10°，用于展寬濾波頻率范圍，按集總參數法處理后得到的濾波器固有角頻率 為：
[0059] :⑴
[0060] a-介質中音速L一阻尼孔長S-阻尼孔橫截面積V-并聯共振容腔體積。
[0061]所述波紋管83呈螺旋狀繞在共振容腔85外，和共振容腔85通過多個錐形插入管82 連通。所述錐形插入管82開口較寬處位于波紋管83內，其錐度角為10°用于展寬濾波頻率范 圍。所述錐形插入管82和錐形阻尼孔86的位置相互錯開。所述波紋管83各圈之間通過若干 支管810連通，支管810上設有開關84。所述波紋管83和共振容腔85組成插入式螺旋異構串 聯Η型濾波器。
[0062]由圖4可知，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;插入式螺旋異構串聯Η型濾波器中采用了螺旋異構的波紋管83結 構，波紋管本身具有彈性，當液壓系統的流量和壓力脈動經過波紋管時，流體介質導致液 壓-彈簧系統振動，抵消波動能量，從而起到濾波作用；同時，各圈波紋管83之間的若干支管 810的連通或斷開，引起波的干涉和疊加，從而改變串聯Η型濾波器的頻率特性;合理安排濾 波器參數以及連通支管的數量和位置，可使串聯Η型濾波器的頻率特性的波谷抬高，使濾波 器在整個中低頻段均有良好的濾波性能，實現中低頻段的全頻譜濾波。
[0063]所述彈性薄壁87的內側設有一膠體阻尼層88。所述膠體阻尼層88的內層和外層分 別為外層彈性薄壁81和內層彈性薄壁82,外層彈性薄壁81和內層彈性薄壁82之間由若干支 柱814固定連接。外層彈性薄壁81和內層彈性薄壁82之間的夾層內填充有加防凍劑的純凈 水816,純凈水816內懸浮有多孔硅膠815。所述膠體阻尼層88靠近輸出管811的一端和外殼 89相連;所述膠體阻尼層88靠近輸出管811的一端還設有一活塞817。
[0064]由于外層彈性薄壁81和內層彈性薄壁82間距很小且由支柱814固定連接，在壓力 脈動垂直作用于薄壁時，內外壁產生近乎一致的形變，膠體阻尼層厚度幾乎保持不變，對壓 力脈動沒有阻尼作用;膠體阻尼層88的活塞817只感應水平方向的流量脈動，流量脈動增強 時，活塞817受壓使膠體阻尼層收縮，擠壓作用使得膠體阻尼層88中的水由納米級輸送通道 進入微米級中央空隙;流量脈動減弱時，活塞817受反壓，此時膠體阻尼層膨脹，膠體阻尼層 中的水從中央空隙經通道排出。在此過程中，由于硅膠815微通道吸附的力學效應、通道表 面分子尺度的粗糙效應及化學非均質效應，活塞跟隨膠體阻尼層收縮和膨脹過程中做"氣-液-固"邊界的界面功，從而對流量脈動實現衰減，其實質上是一個并行R型濾波器。該濾波 器相對于一般的液體阻尼器的優勢在于:它通過"氣-液-固"邊界的界面功的方式衰減流量 脈動，可以在不產生熱量的情況下吸收大量機械能，且能量消耗不依賴于活塞速度，衰減效 率有了顯著提高。
[0065] 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，且濾波器的插入式螺旋異構串聯 Η型濾波器的容腔長度、K型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；而插入式螺旋異構串聯Η型濾波器的 錐形阻尼孔86開在彈性薄壁87上，沿軸線方向均勻分布，螺旋異構纏繞的波紋管83和共振 容腔85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。
[0066] 采用本發明的壓力脈動抑制裝置進行液壓脈動濾波的方法如下：
[0067] 1)，液壓流體通過輸入管進入Κ型濾波器，擴大的容腔吸收多余液流，完成高頻壓 力脈動的濾波；
[0068] 2)，通過彈性薄壁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；
[0069] 3)，通過插入式螺旋異構串聯Η型濾波器，通過錐形阻尼孔、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；
[0070] 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，且插入式串并 聯Η型濾波器長度、雙管插入式濾波器長度和彈性薄壁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。
[0071] 所述U型微粒分離模塊3包括一 U型管31，U型管31上依次安裝有溫控模塊32、磁化 模塊33、吸附模塊34以及消磁模塊35。
[0072] 所述溫控模塊32主要目的是為磁化模塊33提供最佳的磁化溫度40-50 °C，同時還 兼具油液降粘的作用，其包括加熱器、冷卻器和溫度傳感器。所述加熱器采用帶溫度檢測的 重慶金鴻的潤滑油加熱器。所述冷卻器可選用表面蒸發式空冷器，兼有水冷和空冷的優點， 散熱效果好，采用光管，流體阻力小;冷卻器翅片類型為高翅，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；空冷器的管排數最優為8。所述溫度傳感器采用鉑電阻溫度傳感 器。
[0073] 所述磁化模塊33實現金屬顆粒的強力磁化，并使微米級的金屬顆粒聚合成大顆 粒，便于后續吸附分離。同時磁化模塊32還需要提供非均勻磁場，對液壓油中的膠質顆粒進 行磁化分解，使膠質微粒分解為更小粒徑尺寸的微粒，減輕污染。
[0074]所述磁化模塊33由鋁質管道331、若干繞組332、鐵質外殼333、法蘭334以及若干磁 化電流輸出模塊335組成。其中，所述鋁質管道331使油液從其中流過而受到磁化處理，且鋁 的磁導率很低，可以使管道331中獲得較高的磁場強度。
[0075]所述若干繞組332分別繞在鋁質管道331外，由直徑為1.0mm左右的銅絲涂覆絕緣 漆制成。各繞組332都是相互獨立設置的，分別由相應的磁化電流輸出模塊335控制，其中電 流根據系統需要各不相同。由于每圈繞組332相互獨立，其引出端會造成該線圈組成的電流 環不是真正的"圓"，而是有個缺口，這會造成鋁質管道331內磁場的徑向分布不均勻，從而 影響磁化效果。為解決此問題，本創作的每圈繞組332都由正繞組336和逆繞組337組成，目 的是為了產生同極性方向的磁場并同時彌補缺口造成的磁場不均衡。正繞組和逆繞組內的 電流大小相等。在鋁質管道331軸線方向上排列有多對正逆繞組，通過不同的電流，用以形 成前述要求的非均勻磁場。
[0076]所述鐵質外殼333包覆于鋁質管道331上，鐵質的材料會屏蔽掉大部分的磁通。所 述法蘭334焊接在鋁質管道331的兩端，并通過法蘭法蘭334在U型管20中。
[0077]每一磁化電流輸出模塊335連接至一繞組332,其利用數字電位計實時修改阻值的 特點，實現非均勻磁場的實時控制。所述磁化電流輸出模塊335的電路原理圖可參見附圖5， 其使用的數字電位計為AD5206,具有6通道的輸。運放AD8601和M0S管2N7002通過負反饋實 現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 放0ΡΑ 549〇
[0078]所述吸附模塊34用于吸附經磁化模塊33磁化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。
[0079]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。
[0080] 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。
[0081] 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。
[0082]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。
[0083]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。
[0084] 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。
[0085] 所述回油筒7的底部設有一溢流閥2,該溢流閥2底部設有一電控調節螺絲9;所述 溢流閥2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。
[0086]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。
[0087]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。
[0088]所述濾芯18設置在內筒15的內壁上，其精度為1-5微米。
[0089] 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。
[0090] 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2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2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2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。
[0091] 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。
[0092] 采用上述濾油裝置對回流液壓油處理的工藝步驟如下：
[0093] 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；
[0094] 2)，液壓油進入U型微粒分離模塊3的溫控模塊32,通過溫控模塊32調節油溫到最 佳的磁化溫度40-50°C，之后進入磁化模塊33;
[0095] 3)，通過磁化模塊33使油液中的金屬顆粒在磁場中被磁化，并使微米級的金屬顆 粒聚合成大顆粒;之后進入吸附模塊34;
[0096] 4)，通過吸附模塊34吸附回油中的磁性聚合微粒;之后進入消磁模塊35;
[0097] 5 )，通過消磁模塊35消除磁性微粒磁性；
[0098] 6)，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；
[0099] 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；
[0100] 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。
[0101] 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. 一種采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于: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、波紋管、彈性 薄壁以及膠體阻尼層;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，其延伸入外殼內，并和U型微粒分離模塊對接;所述彈性薄壁 沿外殼的徑向安裝于外殼內；所述輸入管、輸出管和彈性薄壁共同形成一 K型濾波器;所述 彈性薄壁和外殼之間形成圓柱形的共振容腔;所述彈性薄壁的軸向上均勻開有若干錐形阻 尼孔，錐形阻尼孔連通共振容腔;所述波紋管呈螺旋狀繞在共振容腔外，和共振容腔通過多 個錐形插入管連通;所述波紋管各圈之間通過若干支管連通，支管上設有開關;所述波紋管 和共振容腔組成插入式螺旋異構串聯H型濾波器;所述U型微粒分離模塊包括一 U型管，U型 管上依次安裝有溫控模塊、磁化模塊、吸附模塊以及消磁模塊;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;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) ，液壓油進入U型微粒分離模塊的溫控模塊，通過溫控模塊調節油溫到最佳的磁化溫 度40-50°C，之后進入磁化模塊； 3) ，通過磁化裝置使油液中的金屬顆粒在磁場中被磁化，并使微米級的金屬顆粒聚合 成大顆粒;之后進入吸附模塊； 4) ，通過吸附模塊吸附回油中的磁性聚合微粒;之后進入消磁模塊35; 5 )，通過消磁模塊消除磁性微粒磁性； 6)，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所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于:所述輸 入管和輸出管的軸線不在同一軸線上;所述錐形阻尼孔開口較寬處位于共振容腔內，其錐 度角為10° ;所述錐形插入管開口較寬處位于波紋管內，其錐度角為10° ;所述錐形插入管和 錐形阻尼孔的位置相互錯開;所述膠體阻尼層的內層和外層分別為外層彈性薄壁和內層彈 性薄壁，外層彈性薄壁和內層彈性薄壁之間由若干支柱固定連接;所述外層彈性薄壁和內 層彈性薄壁之間的夾層內填充有加防凍劑的純凈水，純凈水內懸浮有多孔硅膠;所述膠體 阻尼層靠近輸出管的一端和外殼相連;所述膠體阻尼層靠近輸出管的一端設有一活塞。3. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，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的重慶金鴻的潤滑 油加熱器;所述冷卻器選用表面蒸發式空冷器，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. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于:所述磁 化裝置包括鋁質管道、若干繞組、鐵質外殼、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管道外，各繞組由正繞組和逆繞組組成;所述鐵質外殼包覆于鋁質管 道上;所述法蘭焊接在鋁質管道的兩端;每一磁化電流輸出模塊連接至一繞組。5. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于:所述吸 附模塊具體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。6. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于:所述吸 附模塊具體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。7. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，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。8. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，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。9. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于: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。10. 如權利要求1所述的采用全頻段濾波、磁化和吸附的濾油方法，其特征在于:所述濾 芯的精度為1-5微米。
【文檔編號】F15B21/04GK105889204SQ201610311388
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月12日
【發明人】婁建國
【申請人】紹興文理學院