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浅谈液压柱塞泵振动噪声问题

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  • 发布时间:2017-01-18
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液压系统的振动噪声污染,轻则影响工作现场正常的语言沟通及工作人员的身心降,重则影响到系统的可靠性、安全性。液压柱塞泵是液压系统的重要动力元件,也是其主要振动噪声源之-。它是将多个柱塞配置在-个共同缸体的圆周上,并使柱塞中心线和缸体中心线平行的-种泵 j。作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能,向整个液压系统提供动力。本文以直轴式(斜盘式)液压柱塞泵为例分析其振动噪声的影响因素及改善建议。

1 直轴式液压柱塞泵的工作原理如图 1所示,柱塞沿圆周均匀分布在缸体内,斜盘轴线与缸体轴线倾斜-个角度,柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上,当原动机过传动轴使缸体转动时,弹簧、配油盘和斜盘固定不转,由于斜盘的作用,迫使柱塞在缸体内作往复运动,并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图 1所示回转方向,当缸体转角在 ~27范围内,柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容枳增大,形成部分真空,通过配油盘的吸油窗口吸油;在 0~订范围内,柱塞被斜盘推人缸体,使缸孔容积减小,油液挤压,通过配油盘的压油窗口压油。

1.缸体 2.配油盘 3.柱塞 4.斜盘 5.传动轴 6.弹簧图l 直轴式液压柱塞泵的工作原理缸体每转-周,每个柱塞各完成吸、压油-次,如改变斜盘倾角,就能改变柱塞行程的长度,即改变液压泵的排量,而改变斜盘倾角方向,就能改变吸油和压油的方向,即成为双向变量泵。由于传动轴中心线和缸体中心线重合布置,因此称为直轴式液压柱塞泵,因为通过改变斜盘倾角,来改变泵的排量,所以又称为斜盘式液压柱塞泵 。

2 液压柱塞泵振动噪声分析液压柱塞泵振动噪声产生因素主要包括流体振动噪声及机械振动噪声两大类。液压柱塞泵在吸、排油过程中由于柱塞腔油液的急剧压缩或膨胀所引起的压力冲击、流量脉动是液压柱塞泵液体振动噪声的主要部分。液压柱塞泵在吸排油过程中由于压力冲击而产生激振力,该激振力会引起泵内元件的结构振动,进而引起泵壳以及与之相关联的构件的机械振动,产生空气噪声。

配流过程中产生的压力冲击和流量脉动是液压柱塞泵的主要激振源〉低液压柱塞泵的振动噪声是-个至今未得以根本解决的难题,因此,关于配流噪声产生机理的研究和降低配流噪声的研究是液压柱塞泵降噪研究中的重点内容。

2.1 液压柱塞泵的配油冲击机理高速旋转的带有柱塞腔的缸体和-组柱塞副和配流偶件是液压柱塞泵的最主要的元件 J。在缸体旋转的过程中,位于上死点柱塞腔内的液体压力,从原来收稿 日期 :2012.11-o9作者简介:查环(1974-),男,湖北黄冈人,中校,硕士,主要研究方向为操纵控制及导航,电力系统及其自动化。

80 液压与气动 2013年第 1期的吸油压力在与排油腔接通的瞬间实然上升到排油压力,与此同时产生了很大的压力冲击。同理,在下死点柱塞腔内的液体压力,在与吸油腔接通的瞬间实然由排油腔压力降低到吸油压力,同时产生很大的负冲击。

当缸体旋转 ,缸体配油窗口刚刚与配流盘低压腔的压力相等时缸体继续转动,由于斜盘的作用柱塞运动使柱塞容腔扩大,其中的压力稍微低于低压腔的压力。

试验证明:在目前生产的或使用的液压柱塞泵中,由于配流盘困油区设计的不合理而造成的压力冲击与倒灌流量是依然存在的,由此而产生的振动噪声仍是泵的主要振动噪声源。

2.2 液压柱塞泵流量脉动的影响液压柱塞泵流量输出中的流量脉动,包含有固有流量脉动和回冲流量脉动两部分。固有流量脉动是各个柱塞不连续的泵送过程产生的流量脉动,决定于液压柱塞泵的斜盘工作半径、斜盘转角、柱塞数、柱塞工作面积和转子角速度等工作特性和结构参数。实验和最新的理论分析表明,固有脉动与柱塞数的奇偶性没有多大关系。回冲脉动是当柱塞腔接通高压腔时,由巨大的压差造成高压管路中的液体反冲回柱塞腔,使输出的流量瞬间减小所产生的流量脉动。

2.3 液压柱塞泵对称偏转式配流盘结构分析液压柱塞泵采用对称偏转配流盘,是目前国内外低噪声柱塞泵普遍推行的结构 J。经推导可以得到保证高压腔无配油冲击的设计计算表达式:sin ·sinf 1 ,当取 。 时,由上式可得出配油盘 、二/ 厶- 阻尼最佳参数的选取原则:△ 2arcsin / 。该式 二说明了配油盘在泵体上的芭角 。和闭死角 △ 仅与油泵的工作压差△p及油液弹性模数 有关,而与其他参数无关。因此,如何协配流噪声的各影响量,达到比较理想的配流噪声控制效果,需要设计与使用需要相对应的配流盘。

2.4 液压柱塞泵的频率谱组成液压柱塞泵可在所输出的高压液体作用下以高速运转,各部件受强大动载荷以高应力工作,因而在运转时激发正弦扰动、余弦扰动、柱塞增减扰动、压力升降扰动,对斜盘式液压柱塞泵油缸体形成在旋转过程的强迫振动,激发泵体产生振动和噪声。

另外,斜盘式液压柱塞泵的缸体组件与传动主轴偏心引起的振动频率与泵的转速有关;斜盘式液压柱塞泵的主轴支承用轴承的振动也是不容忽略的。

3 液压柱塞泵振动噪声改善建议液压柱塞泵产生的振动噪声的主要原因是油泵配油时的配油冲击 J。在高性能柱塞泵的设计中必须引起足够重视。采用在配油盘过渡区上设置预压缩角和预膨胀角;阻尼孔或阻尼槽;增加缸内油液的可 缩性等,能够使油泵的噪声有不同程度的降低∩以看到,通过配油盘的合理设计实现油泵在各种工况 F达到完全没有配油冲击是困难的,但是通过精心设计 I况下基本可以没有配油冲击,而在非工况下把冲击降至-定程度是可能的。

设置预压缩角和预膨胀角是控制配油冲击的较理想方法,且结构简单,最适合于T作在恒压或压力变化范围不大工况下的定量油泵。对于变量油泵,采用配油盘带错配角和配油盘带预压缩和预膨胀角及带 i角槽或阻尼孔的结构是合适的选择。

对于任何实际的液压柱塞泵,由于所用油液都是有压缩性的,所以总存在配油流量脉动 (回冲流量脉动)。配油流量脉动特性是由过渡区的特点决定的,其脉动幅值比固有流量脉动幅值大得多,脉动频率为液压柱塞泵的泵送频率 (Hz)。因此,任何实际液压柱塞泵的流量脉动以及由它引起的压力脉动的基波频率都为. (Hz)。

4 结论通过优化设计配油盘结构,减小油缸经过过渡区时缸内油压的变化梯度;优化主泵壳体,使主泵壳体减少同向辐射面,整体受力结构均匀,壳体刚性提高;优化变量结构,采用双弹簧对中结构降低变量油缸的振动特性等系列措施,经试验证明其振动噪声得到明显的改善。

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