液压系统振动和噪音与系统设计

液压系统振动和噪音与系统设计

熊文

熊文

株洲时代电子技术有限公司湖南株洲412000

摘要：在液压系统进行工作时会产生一定的振动和噪音，并且这种现象是无法躲避的，近年来，我国在液压技术方面向着高速、高压、大功率的发展路线不断前行，但液压系统所产生的噪音也越来越严重。是阻碍液压技术不断进步的障碍，而大于70dB的声音就变成噪音，会让人产生不舒服的心情，甚至使人心烦意乱。噪音污染，也因此走进人们的视线中。因此，本文通过对液压噪音和振动进行研究讨论，对降低液压系统所产生的振动和噪音，提高液压系统性能有着重要的影响。

关键词：液压系统；振动和噪音；系统设计

引言

目前，液压系统这一技术在民用领域有着了大量的运用，而且在船舶和潜艇上也得到了广泛的应用。而这时，液压系统所产生的振动和噪音成为了一个普遍存在的难题，同时是一个无法消除的现象。并且由于液压系统向高压、高速、大功率的发展路线前行，液压系统所产生振动与噪音所造成的影响越来越明显。噪音不但影响工作人员的身体与内心，而且还造成系统无法正常工作与使用年限变短，并在在系统严重状况下还会造成系统无法正常进行工作。所以，本文通过讨论液压系统产生振动噪音的原理和解决方案，对其进行长期正常工作和系统性能的提高具有重要意义。

1.液压系统的结构与工作原理

图1显示了一个典型的液压阀系统。在凸轮的底圈和挺杆缸相互连接时，柱塞上的油压和回力弹簧的弹性使挺杆接近凸轮，凸轮与挺杆之间没有间隙，阀门关闭。发动机的曲轴驱动凸轮轴运行，凸轮运行到上升段，直缸在凸轮压力的作用向下运动，使凸轮缸内高压腔的油压升高，并利用高压腔中的油柱进行力与运动的传递工作。在高压空腔油压和回程弹簧的弹性力的和大于其气门弹簧的力时，由直缸与柱塞套构成的液压系统作为凸轮与阀之间的中间部分，作传递运动与力的工作，并将柱塞套筒成形。阀门随着挺杆向下移动。阀座后，气门弹簧弹性就不能在作用在柱塞套中，凸轮高压腔的油压与回弹簧的弹性力强压使柱塞和柱塞套同时向上靠近凸轮，使挺杆的升力降到零。液压系统同时回到初始的阶段，阀门间隙自动消除。

图１液压气门驱动系统示意图

2.液压系统中振动与噪音产生原因分析

主要内容如下：（1）空化引起的噪音。空化意味着当吸油腔内的压力小于空气分离所产生的时，就会溶解到油中的气体沉淀并形成气泡。如果压力继续下降，当压力小于液体的饱和蒸汽压力，液体将马上蒸发并加快空化。空化现象破坏了油的连续性，引起了系统中压力和流量的波动。在气泡从低压位置被运送到高压的位置时，气泡会因为压力作用快速收缩，压力和温度突然在气泡凝结的位置上升，这就会造成强烈的振动与噪音。穴位现象不仅伴随着尖锐的口哨声，造成工作人员的不适与伤害，而且伴随着压力的急剧变化，设备将无法进行工作。同时，气泡破裂引起的高温高压环境必然会损坏零件，缩短使用寿命。因此，有必要避免气穴现象。（2）液压泵和液压马达产生的噪音。液压泵和液压马达引起的噪音是液压系统中噪音的大多来源，所产生的噪音通常和压力、转速以及功率成比例，主要可以分成机械噪音和流体噪音。机械噪音的产生是由于分布轴或分布盘上的轴向或者径向所产生的不平衡力引起的摩擦引起的。在不平衡力太大时，还会造成保持轴或烧伤，引起更强的振动和噪音。流体噪音产生的主要原因是由压力脉动和流量分布（油阱）引起的。（3）电机-液压泵单元的振动和噪音。在机械系统中，噪音和振动是手动的。在液压系统中，马达、液压泵与液压马达高速旋转。当旋转部件不平衡时，将有单元的周期性不平衡力产生，这将使旋转轴变形，这将导致结构噪音。在机组产生振动以一定的频率和系统管道的阀门部分发生一同振动时，就会有较大的振动和噪音产生，会对机器有着极大的损坏，在严重的情况下，会导致问题出现。

3.降低液压气门系统振动、噪音的措施

3.1改进凸轮型线设计，优化气门驱动系统动力学模型

液压阀系统中凸轮径向跳动和升力突然变化是产生噪音和振动的主要原因。为了降低噪音和振动，应在设计时期就利用改良方式。因为凸轮轴剖面对降低液压阀系统的总刚度有着一些影响，所以高压油腔的排油将降低阀的最高升力，可以利用修改凸轮轮廓加速段可以降低最大升力。上升过渡时期的柱塞升程会将凸轮缸高压油腔的油压提高到同气门弹簧的预紧力相同的水平，并可以帮助到气门弹簧的预紧力和凸轮轴径向不断跳动下所产生的阀机构变化。在下降过渡段，需要关注凸轮高压油腔排油造成升力的消耗，通过改变凸轮轴齿廓，切换到复合摆线或凸轮轮廓的动态校正，实现升力损失。

3.2液压泵、液压马达引起的噪音控制

利用减小不平衡力实现减小机械噪音这一目标。泵和马达其内部结构中对于造成液压系统的不平衡有很大作用。并且在我国众多的液压泵生产商都利用了更好的设计方案大大减小了噪音，然而液压系统的设计过程中，在符合系统设计压力与流量这两个条件下，选择径向力作为解决方案，以来稳定双作用叶片泵。内齿轮泵或螺杆泵的噪音大大低于轴向柱塞泵。对于压力波动引起的流体噪音，通过安装蓄能器可以减小脉动的影响。抽油的主要工作流程是液压泵在进行正常工作时，部分油在变容积腔内封闭的现象。当体积减小、压力增大、间隙挤出油、密闭腔体积变大时，引起局部的真空，油中溶解气体析出，产生剧烈振动与噪音。解决油阱大多在泵的设计阶段中，排气罐或排水孔排出高压液体。维护液压泵时，仔细检查卸载槽是否有变化。如果存在任何更改，请遵循设计尺寸进行改正。液压泵其内部的部件损耗过大，如缸体磨损、配流板磨损、柱塞泵柱塞和柱塞孔磨损过大，导致液压泵存在泄漏过高，在液压泵的输出高压小流量油时，会产生流量脉动。引起很大的噪音。此时，可以适当地增加导频系统变机构的偏转角，减小内部泄漏对泵输出流量的作用。液压泵伺服阀芯，即控制流量的活塞，由于局部磨损，在运动过程中也会发生脉动，从而引起液压泵输出流量与压力的变动，因此在泵出口造成很大的振动与噪音。此时，磨损、拉重件可进行刷镀研究或更换处理。

结束语

在液压系统中，振动与噪音是具有一定危害的。并且其产生与传递都是较为繁琐的，不但关系到构件的设计以及制造过程，而且关系到整个系统的设计、安装、使用和维护。在我国当前科技技术下，振动和噪音是无法除去的。所以，当液压系统的设计时，必须了解液压系统中噪音与振动所产生的原因，并采取相应的措施，尽可能地减少振动和噪音的危害，这对于我国液压系统在以后的发展道路上有着具有重要的推动作用。

参考文献：

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[2]王永志.大型动力离心机设计理论与关键技术研究[D].中国地震局工程力学研究所，2013.

[3]陈辉.压力机液压系统中振动噪声的分析与控制[D].武汉理工大学，2013.