泵源液压系统压力脉动抑制方法研究.pdf

泵源液压系统压力脉动抑制方法研究 何志勇 何清华 李 自光 1长沙理工大学汽车与机械工程学院 长沙4 1 0 0 7 6 2中南大学机电工程学院 长沙4 1 0 0 8 3 摘要 介绍 了泵源液压系统振 动与噪声产 生的原 因，分析 了液压 系统 振动与 噪声的危害 。设计 制造 了一 种基于流体一结构耦合振动的结 构共振式液压脉动滤波 器 ，在转运车泵 源液压 系统压力脉动测 试试验平 台上进 行 了 2组试验。测试 了泵源液压 系统实际工况的压力脉 动和安装滤 波器后系统 的压力脉 动情况 ，得 出 2种 试验 条件下的液压脉动波动幅度和脉动率。验证了结构共振式液压脉动滤波器的使用效能和不足，为液压系统振动 控制提供 了新的技术手段 。 关键词 泵源 回路 ； 压力脉动 ； 耦合振动 ； 滤波器 ； 试验研究 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 0 1 0 0 0 2 4 0 3 Abs t r a c t T hi s pa pe r i n t r o d uc e s t h e c a us e s f o r t h e g e ．n e r a t i o n o f t h e h y d r a u l i c p u mp s y s t e m s v i br a t i o n a n d no i s e， a nd a na l y z e s t he h a z a r d o f t h e h y d r a u l i c pu mp s y s t e m’ s v i b r a t i o n a n d n o i s e ．Whe r e i n．a k i n d o f s t r u c t u r e r e s o n a n t h y dr a uli c p ul- s a t i o n wa v e fi l t e r b a s e d o n fl u i d ． s t r u c t u r e c o u p l i n g v i b r a t i o n i s d e s i g n e d a n d ma n u f a c t u r e d，a n d t w o s e t s o f e x p e r i m e n t a r e pe r f o r me d o n t h e pl a tfo rm for t e s t i n g t h e pr e s s ure p u l s a t i o n o f t he h y d r a u l i c p u mp s y s t e m o f ma t e r i a l t r a n s f e r v e h i c l e ．Th e e x pe r i me nt t e s t s t h e p r e s s ur e pu l s a t i o n u n de r t he a c t u a l wo r ki n g c o nd i t i o n s o f t h e hy d r a u l i c p ump s y s t e m ， a nd t h e p r e s s u r e p u l s a t i o n c o n d i t i o n s a f t e r i n s t a l l a t i o n o f t h e w a v e f i l t e r ， t h u s t o c o n c l u d e t h e h y d r a u l i c p u l s a t i o n fl u c t u a t i o n r a n g e a n d p u 1 ． s a t i o n r a t e r e s p e c t i v e l y u n d e r t wo t e s t i n g c o n d i t i o n s ．T h e e f f e c t i v e u t i l i z a t i o n a n d w e a k n e s s o f t h e s t r u c t u r e r e s o n a n t h y d r a u ． 1 i c p u l s a t i o n wa v e fi l t e r a r e t h e n v e r i fi e d， t o p r o v i d e n e w t e c h n i c a l me a s u r e s f o r v i b r a t i o n c o n t r o l o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m． Ke y wo r d s h y d r a u l i c p u mp c i r c u i t ； p r e s s u r e p u l s a t i o n； c o u p l i n g v i b r a t i o n；wa v e fi l t e r ； e x p e r i me n t al s t u d y 液压系统的振动与噪声主要来 自于液压泵源 ， 液压泵 的内部结构 特性决定 了输 出的流量不是恒 定而是变化 的，泵 的输 出流量遇到系统负载阻抗 后形成 系统压力 ，从而使输 出流量和压力产生周 期性 ，引起振 动与噪声 。除利用振 动原理 进行 工作的液压设备外 ，液压系统振动与噪声通常是 非常有害 的。机械振动与噪声可 以采用 目前 比较 成熟的措施予 以消减和隔离。而流体压力脉动引 发的振动和噪声沿管路传播 ，直接导致管道的应 力脉动和机 械振动 ，影 响系统工作可靠性。抑制 流量和压力脉动的技术包括脉动源、传递特性和 响应特性的研究和改善等 内容 ，可以从 2个方 面来考虑 1 从改进液压泵本身结构的角度 出 发 ，尽量降低其输出流量的脉动 ； 2 从负载 系统的角度 出发 ，对泵输 出的压力脉动进行衰减 和滤波，减小系统的动态输入阻抗 ’ 。本文采用 一 种结构共 振式 滤波器对液压 系统压力脉动进 行抑制，取得一定的效果。 1 压力脉动滤波器结构及 工作原理 滤波器结构如 图 1所示 ，包 括管接头 、滤波 器壳体 、上下隔板 、固定板 、弹性振动体。其 中 具有一定质量 的弹性振动体通过柔性连接装配在 上下隔板的孔中 ，中间钻有阻尼孑 L ，因此每个弹 性振动体构成 “ 质量 弹簧 阻尼”集 中参数振 动 系统 。 革 墨、 、 、 图 1 压力脉动滤波器结构原理 图 1 ． 管接头2 ．滤波器壳体3 ．上下隔板 4 ．固定板5 ．弹性振 动体 工作时 ，当具有一定脉动频率 。的液压油经 国家 自然科学基金项 目 5 0 8 7 5 0 2 8 、湖南省 自然科学基金重点项 目 0 9 J J 3 0 8 7 、湖南省科技计划 项 目 2 0 0 9 G K 3 1 2 6 、湖南省教 育厅项 目 0 5 C 2 4 2 、湖南省重点学科建设项 目、湖南省科技计划项 目 2 0 1 0 F J 3 0 0 3 一 2 4一 起重运输机械 2 0 1 0 1 0 管接头 P口进入容腔 时，如果 。 接近某一集 中参 数振动系统的共振频率 ，将会引起该集中参数振 动系统形成共振 ，从 而通 过流体一结构 的耦合 振 动将液体振动转换成结构的振动 ，消除液压 系统 中流量和压力 的周期性波动 ，吸收压力 冲击 ，降 低 因液压振 动造成的机械振动 ，经减振后 的液 压 油从 T口流 出，以此达到液压 系统 的减 振降噪效 果 ，提高液压系统工作可靠性 。 2 试验研究及结果分析 为了研究泵源液压 回路压力 脉动情况及采取 滤波后液压脉动抑制的效 果 ，在转运车泵源液压 系统压力脉动测试试验平 台 如 图 2 上设计 了 2 组实验。第 1 组不采用滤波器 ，将 图2中滤波器更 换为软接管 ，直接测试 泵源液压 回路压力脉动 的 实际工况。第 2组采用基 于流体一构件耦合共振 式压力脉动 滤波器进行压 力脉动衰减 ，检验滤波 器的使用效果。 2 ． 1 试验 平 台工作原 理 转运车泵源液压系统压力脉动测试 试验平 台 原理如图 2所示 ，包 括变频调速 器、电机 、变量 泵 、溢 流 阀、蓄 能器 、可调 节流 阀、传 感 器 等。 试验时，用变频调速 电机调整液压泵 的流量 脉动 频率 ，用节流加载模拟设 备工作负荷 ，测 量液压 泵转速 、稳态流量 、滤波器 软接 管 前后 的动 态压力等参数 ，可 以进行 液压泵性能试验 、液压 冲击试验、液压脉动试 验、管 网振 动试验等 。测 量数据进 入数据采集 与分析系统 ，进行在线 和离 线分析 ，得到试验结果。 2 ． 2 试 验结 果分 析 试验中，通过变频调速 电机调定液压泵 的转 速为 2 3 2 0 r ／ mi n ，通过溢流阀调定 系统压力 1 2 ． 5 M P a ，通过可调节 流阀调定 稳态流量 7 6 ． 6 l ／ rai n ， 试验测定软接管及滤波器前后的动态压力 ，结果 如图3和图4所示。 起重运输机械 2 0 t 0 1 o 】 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 时 间／ s 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 0 0 时 间／ s 图 3 系统接软接管前后压力一时 间曲线 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0 5 o o 时间／ s 图4 系统接滤波器前后压力一时间曲线 图 3中，P 表示系统实 际动态工作压力 ，P 表示经软接管后 系统 的动态压力。试验数据显示 P ， 波动 幅度 最大 值为 1 3 ． 4 3 1 6 M P a ，最小 值为 1 1 ． 3 6 2 9 MP a ，振 幅 为 2 ． 0 6 8 7 MP a ，脉动 率 为 1 6 ． 5 ％ ；P 2 波动幅度最大值 为 1 2 ． 7 2 6 9 M P a ，最 小值为 1 1 ． 2 5 6 1 M P a ，振 幅为 1 ． 4 7 0 8 MP a ，脉动 率为 1 2 ． 1 ％。结果 表明 ，泵 源系统实 际工作压力 脉动率相 当大 ，对 系统工作的稳定 性构成 了相 当 大的威 胁。同时所接 人 的软接 管 由于直径较 大 ， 具有一般扩张腔式滤波器特点 ，也 有一定 的压力 脉动抑制作用 ，但效果有限。 图4中，P 表示滤波前 系统的动态压力 ，P 表示经滤波 后系统 的动态压 力。试验 数据显 示 P 波 动幅度 最 大值 为 1 3 ． 4 3 3 1 MP a ，最 小值 为 1 1 ． 5 7 9 2 M P a ，振 幅 为 1 ． 8 5 3 9 MP a ，脉 动率 为 1 4 ． 7 ％ ；P 2 波动幅度最大值为 1 2 ． 3 9 9 8 M P a ，最 小值为 l 1 ． 6 0 0 9 MP a ，振幅为 0 ． 7 9 8 9 MP a ，脉动 率为 6 ． 6 2 ％。试验结果表 明，在转 运车泵 源系统 接入滤波器后 ，压 力脉动得到 明显 改善 ，该方法 是可 行 的。 3 结论 1 基于流体一结构耦合振动 的滤波器 ，将 ～ 25 流体振动控制问题变成了结 构振动控制 问题 ，为 液压系统振动控制提供实用技术手段。 2 结构共振式滤波器对液压脉动衰减具有 一 定的作用 ，但具有频率选择性。试验所用 滤波 器的集 中参数振动系统 为同一参数 ，不 能改变共 振频率，使用有很大 的局 限性。实 际施工 中 ，由 于设备负载的不断变化 ，其压力脉动频率也是动 态变化的。 3 结构共振式滤波器对系统压力有损失，即 滤波器对液压脉动衰减的同时也消耗了系统能量。 4 今后工作重点是根据液压系统脉动频率 特征 ，匹配 “ 质量 弹簧 阻尼”集 中参数振动 系统各子 系统结构参数 ，优 化产品结构，拓宽频 率选择范围，提高滤波效能。 [ 1 ]雷天觉 1 9 9 0． 参考文献 液压工程手册[ M] ．北京 机械工业出版社， [ 2 ]刘忠族 ， 孙 玉东 ， 吴有 生 播的研 究现 状及 展望 [ J ] ．船 舶力 学 ， 2 0 0 0 ，5 2 829 0． [ 3 ]祁仁俊 ．液压系统压力脉动的机理[ J ] ．同济大学学 报 ， 2 0 0 1 ， 2 9 9 1 0 1 7 1 0 2 2 ． [ 4 ]甘学辉 ，吴晓铃，侯东海 ．液压齿轮泵的性能研究 [ J ] ． 机械设什与制造， 2 0 0 1 3 6 9 ，7 0 ． [ 5 ]严根华 ．液压泵振动与噪声的分析和控制研究[ J ] ．振 动 、测试 与诊断 ，1 9 9 9， 1 9 4 3 5 0 3 5 3 ． [ 6 ]谢坡岸 ，王强 ．蓄能器对管路流体脉动消减作用的研 究 [ J ] ．噪声与振动控制 ，2 0 0 0 8 2 5 ． [ 7 ]梁向东 ．液压消声器降噪特性试验研究[ J ] ．噪声与 振动控 制 ，2 0 0 0 6 2 8 3 0 ． [ 8 ]H u a n g L ．A t h e o r e t i c a l s t u d y o f p a s s i v e c o n t r o l o f d u c t n o i s e u s i n g p a n e l s o f v a r y i n g c o m p l i a n c e [ J ] ．J ．A c o u s t ． S o c ．A m ． ， 2 0 0 1 ，1 0 9 6 2 8 0 5 2 8 1 4 ． 作 者 何志勇 地 址 湖南省长沙市曙光中路 6 5号 1 0 6 邮 编 4 1 0 0 0 7 管道流固耦合振动及声传 收稿日期2 0 1 0一 o 4 2 O 机 械 式 停 车 设 备 选 型 研 究 唐川 南京A- Y - 大学机械工程学院 南京2 1 0 0 9 4 摘要针对机械式停车设备选择问题，利用多 目标决策方法和系统分析思想，从工程经济性、技术可行 性 、环境适应性 和用地适应性 4方面建立指标体 系并构建 了基于理想 点法的机械 式停车设 备选择模 型。实例运 用证明该模型使用简单 、指标确定灵活，采用定量分析方法 ，有效克服了成本分析法和加权因素分析法考虑因 素单一 、主观性强的缺点 。 关键词机械式停车设备；选型； 理想点法 中图分类号 T U 2 4 8 ． 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 0 1 O一 0 0 2 6 0 5 A b s t r a c t A i m i n g a t t h e p r o b l e ms o f m e c h a n i c a l p a r k i n g e q u i p m e n t s e l e c t i o n ，b y u t i l i z i n g t h e m u l t i o b j e c t i v e d e c i - s i o n ma k i n g me t h o d a n d t h e s y s t e ma t i c a n a l y s i s c o n c e p t ，t h i s p a p e r e s t a b l i s h e s t h e i n d e x s y s t e m i n t h e f o u r a s p e c t s of e n g i - n e e fi n g e c o n o mi c s ，t e c h n i c a l f e a s i b i l i t y ， e n v i r o n me n t al a d a p t a b i l i t y a n d s i t e a d a p t a b i li t y， a n d b u i l d s t h e mo d e l of s e l e c t i o n o f t h e me c h a n i c al p a r k i n g e q u i p me n t b a s e d o n i d e a l p o i n t me t h o d ．T h e a p p li c a t i o n e x a mp l e p r o v e s t h a t t h e mo d e l i s e a s y t 0 u s e a n d i s fi e x i b l e t o d e t e r mi n e t h e i n d e x e s ．a n d d u e t o t h e a d o p t i o n o f t h e q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s me t h o d，t h e we a k - n e s s of t o o f e w f a c t o r s c o n s i d e r e d a n d t h e r o n g s u b j e c t i v i t y i n the c o s t a n a l y s i s m e t h o d a n d t h e w e i g h t e d f a c t o r a n a l y s i s me t h o d c o ul d b e a v o i d e d ． Ke y wo r d s me c h a n i c al p a r k i n g e q u i p me n t ；t y p e s e l e c t i o n；i d e a l p o i n t me t h o d 1 1 - - 安全性好成为当今停车场的发展趋势。美国、德 机械式停 车库 因其 占地少 、空 间利 用率 高 、 国、意大利等西方 国家对机械式停车设备 的研究 一 2 6一 ’ 起重运输机械 2 0 1 0 1 0