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液压助理工程师
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[分享]液压传动系统的噪声及应对策略

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更多 发布于:2019-12-03 11:13
液压传动系统的噪声是由电机、液压泵、阀类辅助装置以及液压管道所组成的密闭回路所产生的。因为在这个密闭的回路系统中,工作状态的液压油由于流量与压力的脉动冲击气穴紊流与涡流而产生流体噪声,同时传至支架基础件并引起振动,形成机械噪声。

液压传动系统的噪声源及其影响因素
总的来说,液压传动系统的噪声,有液体动力噪声、机械振动噪声、管路共振噪声以及由于振动和噪声引起的支承件油箱等共鸣噪声。
电机的电动机是动力源,电机噪声是机械噪声的主要因素。

油泵的电机噪声
其噪声源主要有冷却风扇产生的空气动力噪声,转子不平衡运转、电磁振动、换向器、整流子以及各种零部件(如机壳、端盖)等振动引起的噪声。

液压泵及液压马达的噪声:
机械噪声。由于液压泵及液压马达工作过程中,每个工作腔内油压的周期性波动和压油区工作腔急剧的周期性变化使零件壳体斤路产生拟动人而起噪声山于供油不足产生空穴、气蚀现象,引起激烈振动,这种激振力是无规则的齿轮泵中,齿轮啮合噪声随着负荷转速齿面粗糙度的增大而增强,与齿轮的加工粘度有很大关系。

流体噪声。液压泵及液压马达在工作过程中,都会产生不同程度的能量脉动,这种脉动遇阻即转化为压力脉动,从而产生容器的强迫振动。形成了液体噪声这种噪声频谱较宽,其脉动频率与单位时间内的流量脉动次数成正比。另外,液压泵及液压马达的高频噪声是由工作过程中形成的涡流、气穴或冲击引起的,它没有规律性,强度较小。

液压阀噪声:
各种阀体的液压阀是运动体,而且许多阀的阀芯在工作时都是依靠弹簧的作用,因此很容易产生振动,从而发生机械噪声。这些根据其系统中的不同功能,产生的机械振动亦不一样,换向阀换向时发出的冲击声是瞬时的;溢流阀泄油时阀芯产生的高频振动是持续的,如果外界干扰顿率刚好为状态下所形成的阻尼频率时,将引起共振,增大噪声。共振引起的高频噪声,频率范围为1-8kHz,声压级在90dB以上,具有明显峰值。

管道噪声
在液压传动的管道系统中,油液的不稳定流是经常发生的,这种不稳定流是由于组成系统的某些元件或受外界干扰等所引起的,一般来说,对一个合理的液压系统,这个不稳定状态只是暂时的,它终将过渡到一个新的稳定状态的短暂的时期,管道内部将产生冲击波。在一定条件下,管道与泵或阀相结合就会产生管道系统中油液的持续振动,当管路长度刚好等于发生共振的管路等度时,就会产生强烈的高频噪声。

油箱噪声
油箱是个福射面积较大的装置,是传递和扩大噪声的主要部件。其噪声往往因其它装置激发而产生,并且噪声较大,如果液压泵电机直接装在油箱顶盖上,则泵或电机的振动就会引起油的振动。

液压传动系统噪声控制与措施
要合理地选择电机和液压泵。电机,液压泵是液压传动系统主要的噪声源。在液压传动系统设计时应对其工作性能和噪声特点有所了解,并采取相对措施。

降低电机噪声
必须按照我国电机噪限值标准选择相应的风扇形状。减小风扇可以取得较好的降噪效果。一般来讲,风扇直径改变与噪声变化有关系,为了减小吸油阻力,应经常清洗和检查滤油器,防止堵浓现象发生,要视地区和季节的不同,分别选择不同牌号的工作油,或采用定的预热装置。对于油管的配置也应注意,液压系统管道配置方吸口的双联泵时应参照配制,否则,油液容易流向大容量泵低压泵,而小容量泵就易产生空穴。

另外,油箱油量不足,滤油网露出油面,液压泵也会以涡流状而吸进大量空气因此油管的开口应插入油液内。对比噪声系数,一般可通过改变风扇直径。例如,风扇外径减小可降低噪声。另外,选用单后倾机翼型塑料或内阻尼大的合金制风扇,效果亦较好。也可以通过改变叶片数来解决因叶片与风道沟孔数的共振产生的噪声。其次,要注意降低电磁噪声,主要措施有选择高精度电机稳定电源电压,及时紧固易松件如风罩螺钉等,防止产生共振。可再次采用消声与隔声措施,在不影响电机通风散热的前提下采取消声隔声罩或阻性消声器,降低噪音。

选择脉动较小的泵
油泵排出的油都会带有脉动性,这种脉动液流将激发机械振动而引起噪声,所以要尽量选脉动小的泵。例如,同样的齿轮泵,内啮合齿轮泵比外啮合齿轮泵的脉动要小得多。

尽量防止系统中产生空穴现象
液压传动系统中产生空穴,主要是由于空气溶解在油液中或形成小气泡混杂在油液中。当局部压力降低到油的空气分离压时,则工作油内溶解的空气就会大量分离出,形成空穴。如果这种气泡进入高压区,就会破裂,在局部范围内产生幅值很大的高频冲击压力,引起高频噪声。这种空穴现象是由于泵的吸油阻力太大而引起的,因此,要选用吸油性能好的液压泵,同时尽可能地使吸油管短粗直。

减少或避免吸油管突变
合理地设计油箱结构是去除油液中空气泡的有效方法。通常油液回油箱时,都带有气泡,只要有足够积要大于或等于系统中两分钟的最大流量,有意识地增加油液的停留时间,使油液中的气泡充分释放。

防止管道系统的振动
管道系统的振动以其振动性质和幅值与管道长度,管径材料,管道支承形式,位置联结方式有关。为防止共振,要避开配管系统的固有频率,通常控制在激振频率一定的范围以外。大多数情况下,激振频率是不能随意改变的,因此要对配管系统的固有频率进行调整。例如,在适当位置增设支承改变阀体安装位置等等。有关管道系统的固有频率近似计算可参阅有关手册,但需根据实际情况将配管支承尽可能设计在坚固的台架上。为防止管道系统的振动,还可以采取缓冲隔声隔振措施,如部分地采用橡胶软管将排油管及其支承件与邻近构件隔开,采用隔声材料包覆管路,增加管道刚性等等。

降低系统中阀的流体噪声
换向阀的换向时,使油液急速关闭与打开。由于惯性,将引起液压冲击,其值取决于压力的变化率。因此,降低移动速度,适当延长换向时间,即可减少振动,装设带锥度的换向阀,增设缓冲装置以及采用电液换向阀等可以缓和冲击力。

溢流阀的流速噪声与阀体主阀芯,主阀座等零件的几何形状有关。流经节流孔的喷射液流,首先冲击力补偿而失掉部分动能,所以,增大直径有助于阻挡喷射液流的能力。差值也与流速噪音有关。差值增大,液流喷射角也增大。这样自环形节流孔口与中心喷射的液流,在冲向压力补偿之前其水平方向的液流速度能互相抵消部分。损失部分动能,可以降低流速噪户,但是由于节流孔口棱角过尖,会使噪声加大,为此可采用种主阀芯为锥阀结构的低噪声溢流阀。由于较小,能较好地防止节流口部位产生紊流从而使噪声有所降低。

流量阀由于液流力和流速的变化,使节流阀发出时大时小的噪声。如节流阀前后压力与流量的变化较大,则除了流速噪声增加外,还将产生较大的涡流噪声,可采用分级节流或选择适当流量单向阀主要发生振动和撞击,其大小与弹簧有关,弹簧过硬,调足力尚大,振动撞击声亦大。为此应选取合适的弹簧刚度,降低通过单向阀的流速,从而降低噪声。

减少结构振动的噪声:
设计油液传动结构时,为了结构紧凑,减少占用面积,常将泵电机安装在油箱上。这样,泵和电机的振动很容易激发油箱产生很大的噪声。为减少振动,最好将电机与泵单独放置或者在安装时采取些隔声减振措施,如在电机泵与盖之间放置橡胶垫进行隔振,将与泵联结的油管换成橡胶管或用隔声材料包覆的管道,并在适当距离上放置弹性支架固定管道,以提高油箱的刚性。

结论
液压传动系统的工作状况比较复杂,由于各种油压传动系统在性能规格传动方式和结构特点等方面有很大不同,产生噪声的程度也会有很大的差异。因此,从理论上分析液压传动产生噪声的原因与控制方法,往往难以收到预期的效果,必须针对液压传动的具体结构,特别是具体的生产与使用情况,有针对性地综合采用各种降低噪声的措施,才能有效地控制液压传动系统的噪声。
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