CN108533357B - 一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压挖掘机消音器，具体涉及一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器。圆柱形筒体两端设有进气管和出气管；筒体上设有磁锥，磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液一组成；筒体内由左隔板和右隔板被分为三个腔体；第一腔体中转轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成；第二腔体内转轴上设有阻尼单元，阻尼单元包括转动套设在转轴上的磁轭、固定套设在转轴上的衔铁、隔磁密封环、磁流变液、隔磁套。优势与特色：利用磁锥声阻抗梯度的连续变化，将声能化为热能，吸声系数高；利用风扇叶片将气流的动能转变成机械能，吸声频带宽。
Description
技术领域
本发明涉及一种液压挖掘机消音器，具体涉及一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器。
背景技术
液压挖掘机是一种多功能机械，被广泛应用于水利工程，交通运输，电力工程和矿山采掘等机械施工中。液压挖掘机噪声对作业人员的日常生活和身心健康有很大的危害，发动机排气噪声是液压挖掘机噪声的主要来源。
目前，市场上液压挖掘机消音器大多数是3腔结构，主要根据抗、阻复合消声原理所研制，主要有小孔喷注和扩容吸声。消声器的排气消音效果不够理想，原因在于：1.基于小孔喷注的消音方法由于每一个孔都有自己的固有频率，只有在网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔，故吸声系数低，吸收频带窄，且不易控制；2.基于阻抗匹配的吸音方法对低频的效果好而高频效果差；3.腔数有限，穿孔率也相差不大。
主动吸声的智能材料主要有压电材料和磁流变液。压电材料主要利用压电效应，根据入射声波的频率，在压电材料表面形成电荷，将声能转化为电能，达到主动吸声的目的；磁流变液具有优异的可控性能，通过磁场的作用其粘度、场致微结构等易形成梯度变化，使声波能够无反射的进入吸声材料，而且由于材料本身的粘性和微结构，可导致声波多次反射，多次吸收，最终将声能转化为热能，使得声波在其中能够迅速衰减，因此，磁流变液场致微结构可实现梯度变化，易于形成梯度阻抗，给主动智能吸声提供了一个新的视角。
发明内容
针对现有液压挖掘机消音器存在的问题，本发明采用的实施方案是：一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器，包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管，出气管的左端为圆锥形；筒体包括壳体和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内固设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液一组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板通过螺钉固定在筒体上，左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔，左流通孔为喇叭形；左隔板的圆心开有中心孔，右隔板的圆心开有中心孔，中心孔和中心孔内均设有支撑转轴的轴承；转轴左端伸入到第一腔体中，转轴的细轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成；第二腔体内转轴上设有阻尼单元，阻尼单元包括转动套设在转轴上的磁轭、固定套设在转轴上的衔铁、隔磁密封环、磁流变液、隔磁套，磁轭和衔铁之间的外圆周设有隔磁密封环，磁轭与衔铁接触面设置交错啮合的齿牙，衔铁与磁轭相对的面上开有凹槽，凹槽内设有隔磁套，隔磁套与磁轭相接触，磁轭与左隔板固定连接；隔磁套、磁轭、隔磁密封环、衔铁围成封闭的腔体，腔体内设有磁流变液，磁轭上设有线圈，衔铁上设有复位装置；转轴上还套有与转轴转动连接的固定盘，固定盘与衔铁固定连接；衔铁上开有内齿圈，内齿圈里设有联接环，联接环上设有外齿，联接环与固定盘通过螺钉固定连接；所述复位装置包括在衔铁上内齿圈的底部开的螺纹孔、在联接环上开的螺纹孔相通的通孔、定位销，定位销的前端穿过通孔与螺纹孔连接，定位销上套有回位的弹簧，弹簧的一端顶在联接环上，弹簧的另一端顶在定位销的头部。
本发明中，为提高风扇叶片的吸音降噪能力和可靠性，风扇叶片套设在细轴上，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片倾斜角为β＝110°，风扇叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。
气流进入第一腔体吹到风扇叶片时，气流中声波的振动使压电晶片所受的应力交替增加和减小的过程即将声能转换成电能，压电晶片所生成的电能全部经导线传输到能量转换与存储电路为线圈供电；同时，气体动压力驱动风扇叶片旋转，带动转轴及衔铁旋转，线圈通电，磁流变液二变为类固体，在磁场的作用下衔铁开始向磁轭方向运动，对磁流变液二产生挤压，衔铁相对磁轭运动产生较大的阻尼力，从而将风能转换为机械能；在线圈断电后，磁流变液二变为牛顿流体，衔铁在弹簧的作用下回位。在消音器工作状态时，利用线圈产生的磁场对衔铁的吸引，对磁流变液二产生挤压和剪切力，可以增大衔铁和磁轭间阻尼力。由压电晶片的正压电效应可知，压电晶片在压力作用下产生的电荷量与压力大小成正比，因此，施加到线圈上的电流大小受压电晶片产生的电荷值控制，线圈中电流的改变可引起磁场大小的改变，磁场的改变使得磁流变液二的力学性能改变，即衔铁s的阻尼力发生改变，通过自动调整衔铁的阻尼力调整转轴的转速不仅可以调整耗能大小，还可控制因风扇叶片旋转而带来的气流再生噪声大小。
磁锥X是根据逐渐过渡原理，使磁流变液一在永磁体上被永磁体磁化成圆锥形，利用声阻抗的逐渐变化，从尖端到底部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到磁流变液一的阻抗，从而形成梯度阻抗；由于磁锥阻抗连续变化，声波在磁锥内发生多次反射和能量耗散，有效的提高了磁锥的吸声特性；同时，出气管的气口为圆锥形，左流通孔的两端为喇叭形，可以减少气流再生噪声的产生。
优势与特色：1)利用磁锥声阻抗梯度的连续变化，将声能化为热能，吸声系数高；2)利用风扇叶片将气流的动能转变成机械能，降低各种频带的声功率，吸声频带宽；3)根据发动机转速变化自动调节转轴阻尼力，利用风扇叶片动态主动吸声，实现声阻抗的自我调节；4)采用磁轭与衔铁接触面设置交错啮合的齿牙，利用磁流变液挤压原理，可使声能更快的转化。
附图说明
图1为本发明一个较佳实施例中一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器工作状态的结构示意图；
图2为本发明一个较佳实施例中磁锥的吸声系数与频率关系曲线。
具体实施方式
一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器，包括中空的筒体V，沿筒体V一端偏离轴线的位置设有进气管a，沿筒体V另一端轴线的位置设有出气管p，出气管p的左端为圆锥形；筒体V包括壳体b和固定体c，固定体c上开有若干圆柱孔，圆柱孔内固设有磁锥X；磁锥X由圆柱形永磁体d和被磁化后覆盖在永磁体d上的圆锥形磁流变液一h1组成；筒体V内由左隔板g和右隔板m沿垂直筒体V轴线方向将筒体V分隔为第一腔体A、第二腔体B和第三腔体C，进气管a与第一腔体A相通，出气管p与第三腔体C相通；左隔板g和右隔板m通过螺钉固定在筒体V上，左隔板g和右隔板m上均布地开有左流通孔g1和右流通孔m1，左流通孔g1为喇叭形；左隔板g的圆心开有左中心孔g2，右隔板m的圆心开有右中心孔m2，左中心孔g2和右中心孔m2内均设有支撑转轴t的轴承；转轴t左端伸入到第一腔体A中，转轴t的细轴t1上套设有风扇叶片E，风扇叶片E由圆环形的压电晶片e1和金属基板e2粘接而成；第二腔体B内转轴t上设有阻尼单元Y，阻尼单元Y包括转动套设在转轴t上的磁轭r、固定套设在转轴t上的衔铁s、隔磁密封环f、磁流变液h2、隔磁套i，磁轭r和衔铁s之间的外圆周设有隔磁密封环f，磁轭r与衔铁s接触面设置交错啮合的齿牙，衔铁s与磁轭r相对的面上开有凹槽s1，凹槽s1内设有隔磁套i，隔磁套i与磁轭r相接触，磁轭r与左隔板g固定连接；隔磁套i、磁轭r、隔磁密封环f、衔铁s围成封闭的腔体，腔体内设有磁流变液h2，磁轭r上设有线圈j，衔铁s上设有复位装置；转轴t上还套有与转轴t转动连接的固定盘y，固定盘y与衔铁s固定连接；衔铁s上开有内齿圈k，内齿圈k里设有联接环u，联接环u上设有外齿n，联接环u与固定盘y通过螺钉固定连接；所述复位装置包括在衔铁s上内齿圈k的底部开的螺纹孔、在联接环u上开的螺纹孔相通的通孔、定位销w，定位销w的前端穿过通孔与螺纹孔连接，定位销w上套有回位的弹簧q，弹簧q的一端顶在联接环u上，弹簧q的另一端顶在定位销w的头部。
本发明中，为提高风扇叶片E的吸音降噪能力和可靠性，风扇叶片E套设在细轴t1上，并与轴向成一定的倾斜角β(类似电风扇叶片倾斜角)，风扇叶片E倾斜角为β＝110°，风扇叶片E为弯曲的彩虹型结构，压电晶片e1的曲率半径小于金属基板e2的曲率半径，压电晶片e1为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板e2为铍青铜，金属基板e2与压电晶片e1的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片E的吸音降噪能力较强。
气流进入第一腔体吹到风扇叶片E时，气流中声波的振动使压电晶片e1所受的应力交替增加和减小的过程即将声能转换成电能，压电晶片e1所生成的电能全部经导线传输到能量转换与存储电路为线圈j供电；同时，气体动压力驱动风扇叶片E旋转，带动转轴t及衔铁s旋转，线圈j通电，磁流变液二h2变为类固体，在磁场的作用下衔铁s开始向磁轭r方向运动，对磁流变液二h2产生挤压，衔铁s相对磁轭r运动产生较大的阻尼力，从而将风能转换为机械能；在线圈j断电后，磁流变液二h2变为牛顿流体，衔铁s在弹簧q的作用下回位。在消音器工作状态时，利用线圈j产生的磁场对衔铁s的吸引，对磁流变液二h2产生挤压和剪切力，可以增大衔铁s和磁轭r间阻尼力。由压电晶片e1的正压电效应可知，压电晶片e1在压力作用下产生的电荷量与压力大小成正比，因此，施加到线圈j上的电流大小受压电晶片e1产生的电荷值控制，线圈j中电流的改变可引起磁场大小的改变，磁场的改变使得磁流变液二h2的力学性能改变，即衔铁s的阻尼力发生改变，通过自动调整衔铁s的阻尼力调整转轴t的转速不仅可以调整耗能大小，还可控制因风扇叶片E旋转而带来的气流再生噪声大小。
磁锥X是根据逐渐过渡原理，使磁流变液一h1在永磁体d上被永磁体d磁化成圆锥形，利用声阻抗的逐渐变化，从尖端到底部，声阻抗是从空气的特性阻抗逐步过渡到磁流变液一h1的阻抗，从而形成梯度阻抗；由于磁锥X阻抗连续变化，声波在磁锥X内发生多次反射和能量耗散，有效的提高了磁锥X的吸声特性；同时，出气管p的气口为圆锥形，左流通孔g1的两端为喇叭形，可以减少气流再生噪声的产生。
Claims (1)
1.一种液压挖掘机用自供能主动吸声消音器，其特征在于：包括中空的筒体，沿筒体一端偏离轴线的位置设有进气管，沿筒体另一端轴线的位置设有出气管，出气管的左端为圆锥形；筒体包括壳体和固定体，固定体上开有若干圆柱孔，圆柱孔内固设有磁锥；磁锥由圆柱形永磁体和被磁化后覆盖在永磁体上的圆锥形磁流变液一组成；筒体内由左隔板和右隔板沿垂直筒体轴线方向将筒体分隔为第一腔体、第二腔体和第三腔体，进气管与第一腔体相通，出气管与第三腔体相通；左隔板和右隔板固定在筒体上，左隔板和右隔板上均布地开有左流通孔和右流通孔，左流通孔为喇叭形；左隔板的圆心开有左中心孔，右隔板的圆心开有右中心孔，左中心孔和右中心孔内均设有支撑转轴的轴承；转轴左端伸入到第一腔体中，转轴的细轴上套设有风扇叶片，风扇叶片由圆环形的压电晶片和金属基板粘接而成；第二腔体内转轴上设有阻尼单元，阻尼单元包括转动套设在转轴上的磁轭、固定套设在转轴上的衔铁、隔磁密封环、磁流变液、隔磁套，磁轭和衔铁之间的外圆周设有隔磁密封环，磁轭与衔铁接触面设置交错啮合的齿牙，衔铁与磁轭相对的面上开有凹槽，凹槽内设有隔磁套，隔磁套与磁轭相接触，磁轭与左隔板固定连接；隔磁套、磁轭、隔磁密封环、衔铁围成封闭的腔体，腔体内设有磁流变液，磁轭上设有线圈，衔铁上设有复位装置；转轴上还套有与转轴转动连接的固定盘，固定盘与衔铁固定连接；衔铁上开有内齿圈，内齿圈里设有联接环，联接环上设有外齿，联接环与固定盘固定连接；所述复位装置包括在衔铁上内齿圈的底部开的螺纹孔、在联接环上开的螺纹孔相通的通孔、定位销，定位销的前端穿过通孔与螺纹孔连接，定位销上套有回位的弹簧，弹簧的一端顶在联接环上，弹簧的另一端顶在定位销的头部，风扇叶片套设在细轴上，并与轴向成一定的倾斜角β，风扇叶片倾斜角为β＝110°，风扇叶片为弯曲的彩虹型结构，压电晶片的曲率半径小于金属基板的曲率半径，压电晶片为0.15～0.3mm的PZT4，金属基板为铍青铜，金属基板与压电晶片的厚度之比为1～2.5，此时风扇叶片的吸音降噪能力较强。
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