动力转向液压泵噪声分析研究.pdf

2 0 0 8年第 5期 液压与 气动 7 5 动力转 向液压泵噪声 分析研 究 程飞 ， 邓 飞 ， 吴健 ， 欧家福 ， 李玉琴 ， 马 田 No i s e An a l v s i s o n t h e St e e r i ng P ump CHEN F e i ，DENG F e i ，W U J i a n ，OU J i a ． f u ，L I Yu ． q i n ，MA Ti a n 1 ． 国家机动车质量监督检验中心， 重庆4 0 0 0 3 9 ； 2 ．中国北方车辆研究所 ， 北京1 0 0 0 7 2 摘要 分析 了转向泵噪声产生原因及相关理论 ， 通过不 同方法和试验工具进行 了噪声研究。试验研究 中， 提 出采用运行法和根据油压脉动进行噪声分析及采用声级计和频谱分析仪进行 了液压泵谐波噪声分析 。 关键词 液压泵噪声； 频谱分析 ； 压力脉动 中图分类号 T H1 3 7 ． 5 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 0 ． 4 8 5 8 2 0 0 8 0 5 ． 0 0 7 5 ． 0 3 引言 转向泵噪声是汽车主要噪声源之一 ， 过大 的噪声 会影响车辆的环保性和主观评价性， 因而有必要对其 进行研究 。本文分析 了转向液压泵噪声产生的原因及 相关理论 ， 提出采用运行法 和根据油压脉动进行噪声 分析及采用声级计和频谱分析仪进行液压泵谐波噪声 分析 ， 并进行 了试验研究 。 1 转向液压泵噪声产生原因 转向用叶片泵噪声主要由困油噪声 、 脉动噪声 、 气 蚀噪声 、 “ 碰撞” 噪声 、 溢流阀气蚀噪声和旋涡脱离声及 导阀的自激震荡噪声组成。 1 困油噪声 由两叶片之问工作腔进入排油或吸 油腔时两者压力不等而产生。此时将产生从排油腔到 吸油腔 ， 或者从工作腔 到吸油腔的回冲或逆流。当排 油腔压力过高时， 叶片等部件会受到较大冲击 ， 从而激 发 困油 噪声 ； 2 脉动噪声 由液流的流量或压力随时问发生变 化而产生。油压腔容积变化率不 均匀导致油量脉动 ， 进而导致压力脉动 ， 使液压元件或系统产生振动发声 。 压力脉动越大 ， 噪声越大 ； 3 对液压 系统的改造 见图 2 b 1 其工作原理是液 压泵 1为恒压变量泵 ， 通过 流量 自动调节来满足不同数量矫形缸的工作需要 ； 2 如果多个 矫形缸偶尔同时工作 ， 瞬间流量需 要的流量很大 ， 在泵出 口加一个蓄能器 3来浦 足瞬问 大流量的需要 ， 增加系统 的稳定性 。在每个 矫形缸前 加装减压阀 ， 稳定矫形压力 ， 防止各矫形缸之间 的互 相干扰 ， 单 向节流阀调整矫形缸顶出速度。在矫形缸 不工作时 ， 蓄能器冲液 ， 达到泵设定压力后系统处于温 3 气蚀噪声由油液中溶解 了一定量气体而导 致。当液体中某局部位置压力下降到低于气体分离压 时 ， 部分气体就从油液中分离出来形成气泡 ， 气泡破裂 产生气蚀噪声 ； 4 “ 碰撞” 噪声 由叶片与定子曲线表面摩擦 、 碰撞 等引起 。叶片液压力不平衡 ， 底部受力过大 ， 使 叶片顶 部与定子表面接触比压过大产生“ 碰撞” 噪声 。定子曲 线使叶片运动状态突变， 产生冲击及零件加工精度不高 引起叶片运动不平稳造成叶片与定子曲线表面碰撞 ； 5 溢流阀在液压 系统 中常作定压 阀使用 ， 为保 持系统压力恒定 ， 不断有液体通过溢流 阀阀 口溢出。 当油液在一定压差下 ， 以高速通过很小阀 口溢流而出 时， 在阀口附近容易造成高速喷流 ， 压力下降， 此时溶 解在油液里空气分离产生大量气泡 ； 当油液流入 回油 腔时， 气泡因压力升高 而溃灭 ， 发生气蚀 ， 产生气蚀噪 声和漩涡脱离声。 主阀口结构 、 阀体 回油腔形状 、 主阀 收稿 日期 2 0 0 7 1 0 1 6 作者简介 程飞 1 9 8 1 一 ， 男 ， 湖北应城人 ， 助理工程师， 硕 士， 研究方向 智能控制与车辆转向系统。 压状态 ， 减少能量损失 ， 从而系统温度也能得到很好的 控制 。 改造后 的系统 ， 经过生产的时间检验 ， 运行稳定 ， 很大地提高 了工作效率 。 参考 文献 [ 1 ] 雷天觉． 新编液压工程设计手册[ M] ． 北京 北京理工大 学 出版社 ， 1 9 9 8 [ 2 ] 中国机械工程学会锻压学会． 锻压手册[ M] 北京 机械 工业出版社， 1 9 9 6 ． 中国环保频道 w w w . z g h b p d . c o m 7 6 液压 与气动 2 0 0 8年第 5期 口尾碟等是影响溢流阀气蚀噪声和旋涡脱离声的主要 原因。正常工作时通过导 阀的溢流量很小。导阀的导 向性差 、 质量轻 、 阻尼小 ， 外界频繁干扰 ， 容易产生振动 而不能稳定工作， 从而发生高频 自激震荡噪声。导 阀 前腔容积 、 前腔阻尼孔和平锥角是产生 自激震荡噪声 主要原 因 。 噪声会随液压功率的增加而增加 ， 即随排量 、 输出 压力 、 转速增加而增加 。前两者对噪声 的影响大致 相 当， 而转速对噪声的影响与前两者影响相 比更大。转 速增加一方面会导致液压泵本身所决定的泵唧频率增 加 ， 从而导致高频声增加； 另一方面各主要频率分量幅 度会因机械摩檫 、 冲击和振动增加。 2 转向液压泵噪声分析理论 2 ． 1 声强理论 当同时存在 n个声源或 同一声源存在多种频率 成分时 ， 则需要度量其合成声 压或声强。文献_ 1 已 经证明几列声波合成瞬时声压等于每列声波瞬时声压 之和。当同时存在 n个声源时， 其声强 和声强级分别 为 ， I 、 ， 2 、 ⋯， 和 l 、 2 、 ⋯ ， 则总噪声级为 L1 0 L g 1 10 当同时存在几个相同声源时 ， 则总噪声级为 r．， L1 0 L g l 1 0 L g n 2 O 当同时存在 两个 不同声源 时并且 L l L 2 ， 则总 噪声级 比 。 的增量 为 AL1 0 L g [ 1 1 0 一 ‘ L I L 2 ／ I O 1 3 增量 △ 可由文献[ 3 ] 知 2 ． 2频谱 分析 频谱分析法是一种重要的噪声源识别方法_ 2 j 。 对于旋转运动部件 ， 可 以在其噪声频谱信号 中找到与 转速和系统结构特症有关 的谐波峰值 。通过对噪声频 谱谐波峰值分析 ， 可识别主要噪声源。频谱分析分为 功率谱分析法和相干函数分析法。由于功率谱反映了 噪声能量按频率分布情况 ， 因而可以通过功率谱的调 查 ， 分析其频率组成和相应量的大小 ， 可以帮助判断机 械噪声源和查明产生的原因； 而相干函数分析能够帮 助判断所测量的噪声总能量中有多少是来 自某一个噪 声源。其相互变换关系如式 4 ～ 7 1 广 R r li n I t t r d t 4 R x y ，lin e r T y r d 5 ∞ s ／ I R x r e f r d r 6 一∞ ‘ ／ ’ 0 ， 3 d B A 时， 该测量值有效； 当差值为 3 ～1 0 d B A 时 ， 则按表 1 进行 修正。采用 H S 6 2 8 8 E型多功能噪声分析仪对某泵进行 测量 ， 其曲线如图 1 b 所示。 00 8 0 6 0 40 2 O 0 a 运行法测量溢流 阀 转 j ／r mi r l b 声级计测量液压泵 图 1 噪声 曲线 表 1 噪声修正表 声级差 d A 3 4 5 6 7 8 9 l 0 修正值 一3 2 一l 0 中国环保频道 w w w . z g h b p d . c o m 2 0 0 8年第 5期 液压与 气动 7 7 3 ． 3 谐波噪声频谱分析 液压泵噪声分为两类 一类主要与机械振动和吸 排油次数有关 ， 二类主要与液压油无序振动及液压油 流动产生 的液压噪声相关[ ～ ， 如表 2 所示。 表 2 液压泵噪声 机械噪声 液压噪声 驱动轴支撑轴承噪声 吸油流动噪声 叶片伸缩运动噪声 出油节流噪声 叶片端面与定子内曲线接触噪声 压力阀芯节流噪声 叶片端面与配流盘端面接触噪声 流量阀芯节流噪声 后配流盘浮动振动噪声 气蚀噪声 主 阀芯振动噪声 压力阀芯振动噪声 利用付立 叶频谱分析仪对系统匹配中液压泵 的 谐波噪声进行频谱分析。传声器位于转向液压泵正面 右后测距离转向泵 5 0 mm处 。为了模拟 常用转速点 状态下液压泵的噪声 ， 可选测试转速为 0 ． 5 N 一 压力 为低压 O ． 5 MP a 时， 测量 1 s t 、 2 n d 、 3 r d次谐波频率 的 液压泵 噪声 频谱 ； 在 高压 系统最 高 压力 的一 半 ， 5 MP a 时 ， 测量 4 t h 、 5 t h 、 6 t h谐波频率液压泵噪声频谱。 其谐波频率可由式 8 知 8 式 8 中 k1 、 2 、 3 、 4 、 5 、 6 ； Z为叶片数 ， Z1 0 ； N 为 液压泵转速。 在 3 2 0 0 r ／ mi n的噪声频谱曲线如图 2 a 所示 ， 在 0 ～ 6 4 0 0 r ／ mi n下的噪声频谱曲线如图 2 b 所示。 喜 6 2 6 频率／I I z a 在 0 ． 5 MP a和 5 MP a 3 2 o o r ／ mi n时 b 在 0～6 4 o o r ／ m i n时 图 2 噪声频谱 曲线 3 ． 4 压 力脉 动噪 声测试 液压 泵 噪 声 产 生 原 因很 多 ， 是 一 个 复 杂 的 系 统l 7 J 。目前国内外 大多采用 在指定试验工况下测得 噪声后进行频谱分析 ， 根据实际经验 ， 找出原因。由于 液压泵噪声产生的各个环节与油液的压力绝对值和压 力脉动量有关系， 所 以可以按照给定的模拟工况如表 3所示进行压力脉动试验 ， 测 出液压泵噪声 和油液压 力脉动量 ， 然后进行频谱分析对 比研究 ， 可以方便找出 噪声产生的主要原因和环节。 表 3 脉 动试 验工况表 工况 转速 r ／ mi n 压力 MP a 怠速工况 6 0 0 开启转速 1 0 0 0 0 ．1 p一 、 0． 3p一 、 0． 5p一 、 常速 0 ． 5 n a x 0 ． 7 5 p 一 、 0 ． 8 5 p 高速 m a x 4结论 本文详细分析 了转 向泵 噪声产生原因， 包括 困油 噪声 、 脉动噪声 、 气蚀噪声 、 “ 碰撞” 噪声和溢流噪声 ， 并 且分析了相关 液压泵噪声 理论如声强理论和频谱分 析 ， 结合实际工作提出了测量液压泵噪声的相关方法 如采用运行法测量溢流阀噪声 、 声级计测量液压泵噪 声 、 频谱分析仪进行液压泵谐波噪声分析及根据油液 压力脉动量进行噪声分析的试验方法 ， 并且 给出了试 验研究结果 ， 为进行更深入的噪声测试研究提供 了方 法和实例指导 。 参考文献 [ 1 ] 靳晓雄 ， 张立军． 汽车噪声的预测与控制[ M] ． 同济大学 出版社 ， 2 0 0 4 ． [ 2 ] 杨玉致． 机械噪声测量和控制原理 [ M] ． 轻工业出版社， 1 9 8 4． [ 3 ] 蒋孝煜， 连小珉． 声强技术及其在汽 车工程 中的应用 [ M] ． 清华大学出版社， 2 0 0 1 ． [ 4 ] 郭进国． 声强测量系统的开发及其在汽车噪声源识别 中 的应用[ D ] ． 天津 河北工业大学， 2 0 0 3 ． [ 5 ] 宋俊， 葛晓阳． 定子曲线的反求和汽车动力转向泵噪声 控制[ J ] ． 机械设计与制造， 2 0 0 3 ， 1 0 5 1 1 2 1 1 3 ． [ 6 ] 陈南． 汽车振动与噪声控制 [ M] ． 北京 人民交通出版社， 2 00 5． [ 7 ] 曾祥荣． 液压 噪声控制 [ M] ． 哈尔滨工业 大学 出版社， 】 9 8 5． 中国环保频道 w w w . z g h b p d . c o m