液压系统传动噪声及控制策略.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 01 2年 第 1期 液压系统传动噪声及控制策略 牟 伟 高 频 中船重工第七一。研究所 ， 湖北宜昌4 4 3 0 0 3 摘 要 对液压系统传动噪声的形成进行了简要说明 ， 同时对传动噪声源及影响因素做 了较为简要的分析 和探讨 。在此基础上结 合工 程 实际与经验 ， 针 对液压传动装置在工作 中常出现的振动与噪声 问题 ， 提 出了相应 的控 制方法和策略 ，以其在实际应用 中预防各组 成 部分 的振动 引起 的噪声 。 关键词 液压传动 ； 振 动噪声 控制 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 2 0 1 0 0 4 6 0 2 Hy d r a u l i c S y s t e ms Tr a n s mi s s i o n No i s e a n d Co n t r o l S t r a t e g i e s MOU W e i GA0 P／ n 2 N o ． 7 1 0 I n s t i t u t e o f C h i n a S h i p He a v y I n d u s t r y G r o u p C o r p o r a t i o n ，Y i c h a n g 44 3 0 0 3 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e p a p e r b rie fl y e x p l a i n s t h e f o r m o f h y d r a u l i c s y s t e m t r a n s mi s s i o n n o i s e ， a n d r o u g h l y a n a l y s e s t h e s o u r c e o f t r a n s mi s s i o n n o i s e a n d i n fl u e n c i n g f a c t o r s ． On t h i s b a s i s ， c o mb i n i n g wi t h t h e e n g i n e e ri n g p r a c t i c e a n d e x p e r i e n c e s ， t h e p a p e r p u t s f o r w a r d t h e c o r r e s p o n d i n g c o n t r o l me t h o d s a n d s t r a t e g i e s t o w a r d t o t h e p r o b l e ms o f v i b r a t i o n a n d n o i s e i n t h e wo r k o f h y d r a u l i c r a n s mi s s i o n ， a nd pu t s f o r wa r d t h e n o i s e c a u s e d b y p r e v e n t i n g t h e v i b r a t i o n o f e a c h c o mp o n e n t i n p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n s ． Ke y W o r d s h y d r a u l i c t r a n s mi s s i o n； v i b r a t i o n n o i s e； c o n t rol ； O概述 液压 系统 由多种不 同类 型的器件组成密闭 回路。 工作过程 中由电动机带动液压泵驱动油液在回路 中循 环运动 ， 运动 中液压油往往 由于脉动而产生流体 噪声 ． 通 过 容积壁传 至连接支 架等基件 引起 振动 而辐射 噪 声。涉及液压传动中的脉动和冲击等方面因素较多 ， 它 不仅与组成系统 的部件有关 ， 还与他们间的连接相关 ， 有时组成系统的各部件工作正常 ，但各部件或器件间 的合成或相互干涉等也会产生噪声 。这一现象说明引 起 系统传动噪声的原因是各元件相互作用形成共同声 学作 用 的结 果 。 l 传动 噪声 源及影响 因素分析 1 ． 1 振 动噪 声 振动噪声是液压传动 中的主要来源 ，它 由液压泵 和驱动 电动机 以及联轴 器等做 回转运 动 的构件产生 的。在设计制造和装配过程中， 由于回转体存有一定偏 心 ， 高速运转时便产生周期性 的不平衡力而引起振动 ． 带来 的后果是扰动管路 、阀件和油箱发生共振而辐射 收稿 日期 2 0 1 1 一 O 7 一 l 0 作者简介 牟伟 1 9 8 3 一 ， 湖北宜 昌人 ， 从事机械设计工作 。 4 6 出噪声 。 1 - 2液压 泵及 阀件噪 声 液压泵或马达工作时 ，其工作腔内的油压是呈周 期性波动 ， 由于腔内压油区的油压急剧变化 。 使运动零 部件 、 壳体和连接管路产生振动而辐射噪声。如齿轮泵 中齿轮的啮合 冲击 ， 叶片泵定子过渡曲线不 良． 注射泵 工作时发生的碰撞以及其他运动件加工装 配时的误差 均可引发噪声。液压系统 中的阀件在工作时通常都是 运 动件 ， 应 而较易 产 生振 动而 发 出机 械噪声 。另外 阀的 使用功能不同， 发出的噪声亦不 同。有瞬时性振动 ， 如 换向阀在换向时发出的噪声 ； 有持续性振动 ， 如溢流阀 在泄油时阀芯产生的高频噪声f 】 1 。 1 ． 3油 箱噪声 油箱在液压系统 中是一个辐射 面较 大的装置 ． 发 出的噪声往往由其他器件激发而产生的 ，通 常液压泵 和电动机直接装配在油箱上 ， 由于设计上的某种原 因， 泵和电动机工作 时所产生 的振动将引起箱体振 动 ． 当 装配于油箱上 的构件产生的振 动频率与油箱 固有频率 相等或接近时引起系统共振 ，此时辐射出的噪声不但 大， 而且可能损坏设备。所 以液压系统中油箱是传递和 扩大噪声的主要器件。 的一部分管路改成高压软管，这对系统有一定的缓 冲 能力 。也可将排油管同支撑件与相邻构件隔开， 避免互 相影 响 。 2 ． 4降低 系统 中阀的流体噪声 系统中换 向阀的换向冲击主要是流体惯性力 引起 液压的冲击 ， 而液压冲击取决于压力的变化率 d p ／ d t ， 因 此降低 阀芯位移速度 、延长换 向时间可减小 冲击及噪 声。具体措施是在先导控制部分进行节流 ， 延长其启闭 时间， 也可使用带锥度的换 向阀 ， 达到换 向时缓慢 改变 通流面积 流量控制阀主要是液流压力和流速变化产 生的噪声 ， 解决方法是采用分级节流 ； 单 向阀在系统 中 一 般产生振动和冲击 。 主要与调压弹簧有关 ． 通过选择 适当的弹簧刚度 ，降低通过单 向阀的流量等可减小噪 声 。 2 ． 5减小 结构 振动 噪声 液压泵站通常采用一体式结构 ， 即将泵和电动机直 接安装在油箱上 ， 但泵和电动机工作时的振动可激发箱 体产生振动而辐射噪声 。 工程上在泵和电动机与箱体连 接处设有减震垫进行隔振 ， 同时增大联接机座处的刚度 和强度 ； 将与泵连接的油管选择柔性管 ； 在箱体外壁喷 涂阻尼材料等工艺均可降低油箱的噪声辐射【 】 1 。 3 结论 对 于液 压 系统 噪 声 的控 制应 在设 计 和 装配 阶段 对 系统可能出现的不利因素有所估计和预测 。如在完成 系统设计与安装后发生振动而辐射噪声 ．再采取补救 措施就难以达到最佳效果， 有时甚至无能为力。 1 ． 4管路噪声 为适应不 同的使用工况 ，系统在工作中的某阀件 的状态是经常发生改变的 ， 如阀和泵 的启闭 、 系统加载 与卸荷或受到外载荷的变化等影响都会造成器件运动 状态发生瞬间变化 ，即由一稳定状态过渡到另一新的 稳定状态 。 就在这短暂的时间管路内将产生冲击波。 在 一 定条件下 ， 管路与泵或阀相结合 ， 就会产生管路系统 中油液的持续振动Ⅲ 。当管路长度刚好等于发生共振的 长度时 ， 系统就会发出强烈 的高频噪声。虽然压力波产 生的流速噪声不大 ．但压力波引起管道等结构振动所 发出的噪声则不可忽视。 2 噪声控制及解决措施 2 ． 1 器件 的选 择 低噪声液压系统 的设计与各器件的性能是 紧密相 连 的 ，在 器件 选 择 时除 考 虑其 性 能 ，还 应 了解 噪 声指 标 ，否则降低 系统噪声难以实现。如系统使用 的液压 泵 ， 因其结构特点 ， 排 出的油均存有脉动性 ， 并激发 系 统振动而产生噪声。故在设计 阶段就应依据使用工况 选 择 脉动 小 的泵【 2 J 。 2 ． 2减小 系统 空穴 的产 生 液压系统 中的空穴约 5％是空气溶解在油或形成 小气泡混杂在油液中的，当达到一定真空度时便出现 过饱和现象 ， 逐渐分解 出空气【 3 ] 。系统 中的空穴一般是 泵 的吸油阻力过大造成的 ．但与吸油管的直径或长度 也有关系， 液压系统正常工作时． 吸油损失与管道内径 的四次方成反 比， 与管道长度成正比。因此吸油管道应 设成短而粗 的结构 ， 避免吸油管产生突变。在管系弯曲 时 ， 取大于管径 5倍的弯曲半径。另外对油管的配置也 是重点考虑的因素之一 。如在使用具有一个吸油 口的 双联泵时 ， 配管方式不对 ， 则油液易流向大 的容量泵 ， 而小容量泵则易产生空穴而引发噪声 。在油箱设计时 回油 管 的开 口应插 入 油箱 一 定 深度 ，不 能 留在 油箱 表 面 ，否则 回油管排油时易将油箱 内的空气吸人而产生 空 穴噪 声 。 2 ． 3预防管路振动 系统管路 的振动是一个复杂的问题 ，其振动性质 和振幅与管道长度 、 管径以及管路 的支撑形式 、 位置和 管道所连结的构件等有关 ，设计时难于用计算方法确 定[ 3 1 。为防共振 ， 应将管 系的固有频率控制在激振源振 动频率的 1 ／ 3 3的范围以外 ， 因为激振源的频率通常是 固定的 ，因此需从配管 系统等固有振动频率上进行调 整 ， 即在振动大的位置加支撑 ， 或改变管路与阀体 的安 装位置等。为防止管路振动 ， 可将与液压泵或油箱连接 参 考 文 献 [ 1 】 张玉峰， 毛学飞 ， 编． 噪声 与降噪技术 3 3 【 M 】 ． 北京 机械工业 出版 社 ． 1 9 9 0 ． 【 2 】 路 甬祥主编． 液压气动技术 手册【 M】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 00 2． [ 3 】 孙 畅． 液压 系统 中气泡 的产生原因及处理方法[ J ] ． 机械工程与 自动化． 2 O L O 5 ． 47