一、液壓系統(tǒng)的常見問題――振動與噪聲

液壓系統(tǒng)的振動與噪聲是一個相當(dāng)普遍的問題。近年來，隨著液壓技術(shù)向高速、高壓和大功率方面的發(fā)展，液壓系統(tǒng)的噪聲也日趨嚴(yán)重，并且成為妨礙液壓技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的因素之一。長期處于異常振動的液壓設(shè)備必然會出現(xiàn)各種故障，導(dǎo)致液壓裝置難以正常工作，從而影響設(shè)備的性能和液壓元件的使用壽命，也影響人的身心健康。因此分析振動與噪聲產(chǎn)生的原因有助于采取有效的控制方法。

液壓系統(tǒng)的振動主要來自于機械系統(tǒng)運動導(dǎo)致的振動、流體工作過程中產(chǎn)生的振動。振動是彈性物的固有特性，振動會產(chǎn)生噪聲，噪聲源于振動，因此振動和噪聲是液壓系統(tǒng)不可分割的兩種物理現(xiàn)象。根據(jù)噪聲產(chǎn)生的方式和傳播所通過的介質(zhì)，液壓系統(tǒng)的噪聲可分為機械噪聲、液體噪聲和氣體噪聲。如何降低其振動和噪聲，是液壓領(lǐng)域一個重要的研究課題。所以研究和分析液壓系統(tǒng)振動與噪聲的成因，對降低或控制振動和噪聲，并改善液壓系統(tǒng)的性能有著極其深遠(yuǎn)的意義。

二、液壓系統(tǒng)振動與噪聲源分析

機械振動與噪聲分析

1. 回轉(zhuǎn)體不平衡引起的振動與噪聲

液壓系統(tǒng)中的電動機、液壓泵和液壓馬達(dá)都以高速回轉(zhuǎn)，如果它們的轉(zhuǎn)動部件不平衡，就會產(chǎn)生周期性的不平衡力，激勵轉(zhuǎn)軸系統(tǒng)振動，從而產(chǎn)生噪聲，這種振動傳到油箱和管路時，就會發(fā)出很大的聲響。為了控制這種噪聲，應(yīng)對轉(zhuǎn)子進(jìn)行精密的動平衡試驗，控制其不平衡，并注意盡量避開共振區(qū)。

2. 電動機引起的振動與噪聲

電動機產(chǎn)生的噪聲主要是指機械噪聲、通風(fēng)噪聲和電磁噪聲。機械噪聲包括轉(zhuǎn)子不平衡引起的低頻噪聲，軸承有缺陷或安裝不合適而引起的高頻噪聲以及電動機支架與電動機之間共振所引起的噪聲。

3. 聯(lián)軸器引起的振動與噪聲

液壓泵傳動軸不能承受徑向力和軸向力，因此不允許在軸端直接安裝帶輪、齒輪、鏈輪，通常用聯(lián)軸器連接驅(qū)動軸和泵傳動軸。如因制造原因，泵與聯(lián)軸器同軸度超差，裝配時又存在偏差，則隨著泵的轉(zhuǎn)速提高離心力加大聯(lián)軸器變形，變形大又使離心力增大，造成惡性循環(huán)，其結(jié)果產(chǎn)生振動與噪聲，從而影響泵的使用壽命。此外，還有如聯(lián)軸器柱銷松動未及時緊固、橡膠圈磨損未及時更換等因素的影響。因此在安裝時，同軸度應(yīng)控制在最小范圍內(nèi)。

4. 管路引起的振動與噪聲

管路一般都是由外界因素引起振動和噪聲的，如機械振動、壓力脈動等。另外，管路過細(xì)以及方向、截面變化大時，很容易產(chǎn)生振動和噪聲。管路的諧振噪聲。管道的阻抗、結(jié)構(gòu)尺寸和形狀等固有特性，決定了它本身的固有頻率，一旦有外部因素的影響，如壓力脈動、機械振動以及由于閥或液壓缸等的動作造成管中的液體振蕩使激勵頻率達(dá)到其固有頻率時就會產(chǎn)生諧振，發(fā)出噪聲。

5. 液壓泵的機械振動與噪聲

對用一種液壓泵來說，一般液壓泵的噪聲隨液壓功率的增加而增加，而液壓功率是由泵的輸出壓力p、每轉(zhuǎn)排量q以及轉(zhuǎn)速n這3個參數(shù)所決定的。而引起機械振動與噪聲的主要因素是轉(zhuǎn)速，液壓泵轉(zhuǎn)速的提高使泵的噪聲增加比輸出壓力提高的作用要大得多。為了使噪聲最低，一般在選用液壓泵時，在保證所需的功率和流量的前提下，盡量選擇轉(zhuǎn)速低的液壓泵(1000r/min-1200r/min)，或使用復(fù)合泵(并聯(lián)和串聯(lián)液壓泵)和卸荷回路來降低噪聲。

5. 液壓閥的機械振動與噪聲

閥的選用或裝配不當(dāng)，也是產(chǎn)生噪聲的一個重要方面。若閥芯與閥孔裝配不當(dāng)，會產(chǎn)生振動與噪聲，若過緊，則閥芯移動困難，產(chǎn)生振動與噪聲，若過松，則內(nèi)泄嚴(yán)重，同樣會產(chǎn)生振動與噪聲。因此，裝配時要控制合適的間隙，以閥芯在閥孔內(nèi)可以自由移動，但不松不澀為度。其次，溢流閥的溢流壓力與泵的額定壓力一定要匹配，否則會產(chǎn)生溢流噪聲。另外，溢流閥的溢流壓力由調(diào)壓手輪設(shè)定后，手輪要用鎖緊螺母鎖緊，如手輪松動則壓力要產(chǎn)生變化，引起噪聲。在使用中，溢流閥的彈簧變形、油污堵塞阻尼孔、閥體孔或閥芯橢圓等原因都會導(dǎo)致振動和壓力波動，形成噪聲，應(yīng)及時研磨修整或更換。

6. 液壓缸的機械振動與噪聲

液壓缸在快速換向、負(fù)載變化大等情況下會引起壓力沖擊，產(chǎn)生波及到管道的機械振動，從而產(chǎn)生噪聲。因此在設(shè)計系統(tǒng)時一定要選擇帶緩沖裝置的液壓缸。為此除要求液壓缸的設(shè)計要有緩沖裝置外，還可以在液壓缸進(jìn)油口處設(shè)置一小型蓄能器，吸收液壓缸換向時引起的油液脈動，減小噪聲。

流體振動與噪聲分析

1. 液壓泵的流體振動與噪聲

液壓泵的流體振動與噪聲主要是由泵的壓力、流量的周期性變化以及氣穴現(xiàn)象引起的。在液壓泵的吸油和壓油過程中，產(chǎn)生周期性的壓力和流量變化，形成壓力脈動，從而引起液壓振動，并經(jīng)出口向整個系統(tǒng)傳播。同時液壓回路的管道和閥類將液壓泵的壓力反射，在回路中產(chǎn)生波動，使泵產(chǎn)生共振，發(fā)出噪聲。對于壓力脈動的控制辦法，設(shè)計時齒輪泵的齒輪模數(shù)盡量取小，齒數(shù)盡量取多，卸荷槽的形狀和尺寸要合理;柱塞泵的柱塞個數(shù)應(yīng)為奇數(shù)，最好為7個-9個，并在進(jìn)、排油配流盤上對稱開三

角槽，以防柱塞泵出現(xiàn)困油。

“困油”現(xiàn)象引起的噪聲。液壓泵在工作時一部分油液被圍困在兩對輪齒所形成的封閉空腔之間，當(dāng)其容積減少時會使被困油液受擠壓并從縫隙中擠出而產(chǎn)生很高的壓力；而封閉容積的增大又會造成局部的真空，使油液中溶解的氣體分離，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，這些都能產(chǎn)生強烈的噪聲，這就是困油現(xiàn)象引起的振動與噪聲。

2. 液壓沖擊產(chǎn)生的振動與噪聲

在液壓系統(tǒng)運行過程中，由于某種原因，會引起液體壓力的突然升高，其峰值高出正常壓力好幾倍，這種現(xiàn)象稱為液壓沖擊。因為液壓管道為彈性體，所以液壓沖擊常伴有振動和噪聲，甚至發(fā)生損壞液壓元件的事故，有時也會造成液壓元件的誤動作。

引起液壓沖擊的主要原因是：迅速關(guān)閉液流通道或液流迅速換向時，液流速度大小或方向突然變化，就會形成液壓系統(tǒng)的液壓沖擊現(xiàn)象。液壓系統(tǒng)中，沖擊波、慣性力、截面增壓效應(yīng)、共振等都可能是引起液壓沖擊的因素。液壓沖擊是以波的形式在液壓油中傳播，據(jù)有關(guān)資料介紹，其傳播速度與聲速相同。

3. 液壓閥的流體振動與噪聲

液壓閥也是液壓系統(tǒng)的一個噪聲源。比較典型的是控制閥的氣穴作用產(chǎn)生氣穴噪聲。因為油液經(jīng)節(jié)流孔口或閥口時，形成高速射流，使其絕對壓力下降而產(chǎn)生氣穴噪聲。其次，在噴流狀態(tài)下產(chǎn)生剪切流、紊流或渦流，由此產(chǎn)生高頻噪聲。

方向控制閥突然關(guān)閉或打開造成液壓沖擊也能引起振動和噪聲。為減少液壓沖擊噪聲，可以增加閥口關(guān)閉時間，也可以設(shè)置蓄能器吸收壓力波動。溢流閥工作部分產(chǎn)生缺陷和磨損會發(fā)生一種單音調(diào)尖叫聲或“嘯叫”。

4. 管路的流體振動與噪聲

液壓系統(tǒng)由于要適應(yīng)不同工況的需要，需經(jīng)常改變某些元件的工作狀態(tài)。例如閥的開啟、泵的啟動、系統(tǒng)的加載與卸荷或者外載荷的變化等，在這些情況下液壓系統(tǒng)原來的運動狀態(tài)就將發(fā)生瞬間的變化，由一個原先穩(wěn)定的狀態(tài)過渡到另一個新的穩(wěn)定的狀態(tài)。然而，就在這個短暫的時間內(nèi)，管道內(nèi)部將產(chǎn)生沖擊波。在一定條件下，管道與泵或閥相結(jié)合，就會產(chǎn)生管道系統(tǒng)中油液的持續(xù)振動。當(dāng)管路長度剛好等于發(fā)生共振的管路長度時，系統(tǒng)就會產(chǎn)生強烈的高頻噪聲。雖然由壓力波產(chǎn)生的流速噪聲不大，但由于壓力波引起的管道等結(jié)構(gòu)振動發(fā)出的噪聲則是不可忽視的。

氣穴引起的振動與噪聲分析

液壓系統(tǒng)運行中，在液壓泵吸油口附近造成負(fù)壓時，就會發(fā)生氣穴現(xiàn)象。這一氣穴往往造成正常輸油量的下降或流量和壓力脈動。在液壓回路中，當(dāng)壓力油流過節(jié)流口或狹窄縫隙時，由于流速急劇增加，其壓力也會降低很多，有時也產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象，從而引起振動和噪聲。

造成氣穴現(xiàn)象的原因主要有以下幾方面：

• 液壓泵的濾油器、進(jìn)油管堵塞、液壓油粘度過高，易造成泵進(jìn)油口處真空度過高，使空氣滲入。

• 吸油管插入油箱油面太淺時，液壓泵吸入的油液中會含有很多空氣泡。

• 吸油管接頭處和泵傳動軸密封處密封不嚴(yán)也能使泵吸入空氣。

三、液壓系統(tǒng)噪聲、振動大的消除方法

四、總結(jié)

振動與噪聲對液壓系統(tǒng)十分有害，應(yīng)引起高度重視。噪聲的來源及傳播比較復(fù)雜，既有機械噪聲，又有流體噪聲，就目前而言，要完全消除和避免振動與噪聲對液壓系統(tǒng)造成的危害是不可能的，也是不現(xiàn)實的。它不僅與元件結(jié)構(gòu)和制造精度有關(guān)，而且與系統(tǒng)設(shè)計、安裝和使用維護都有密切關(guān)系。但是正確認(rèn)識振動與噪聲的危害和產(chǎn)生的主要途徑，在液壓系統(tǒng)設(shè)計和使用中盡可能采取有效的技術(shù)手段加以防控，將其危害降到最低程度，是非常必要的。只要認(rèn)真創(chuàng)造條件做好減振、防振、隔振和降噪的措施，就能有效地降低和防止振動與噪聲的傳播，最大限度地降低振動與噪聲對設(shè)備和人類的危害。

來源：《液壓系統(tǒng)振動與噪聲控制技術(shù)》PPT講義

作者：龔建球

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標(biāo)簽：噪聲、液壓、液壓系統(tǒng)

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文章名稱：《液壓系統(tǒng)振動與噪聲控制技術(shù)》

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