工程機械用葉片泵高壓低噪聲問題研究

鄭炳敏 鄭敏娟

摘要：近年來，工程機械使用過程中，葉片泵高壓低噪聲問題控制已經取得一定成效，使泵的噪聲平均值得到有效降低，大大提高了工程機械產品的耐久性和安全性，對于促進企業經濟效益不斷增長起到重要影響。本文對工程機械用葉片泵高壓低噪聲原因進行分析，提出葉片泵定子曲線的優化設計，以提高葉片運行的平穩性，使工程機械用葉片泵高壓低噪聲問題得到更有效控制。

關鍵詞：工程機械用；葉片泵；高壓低噪聲；穩定性

隨著液壓技術的不斷發展，高壓系統中葉片泵的使用范圍得到了不斷擴大，對工程機械用葉片泵高壓低噪聲問題進行研究，找出噪音產生的原因，優化葉片泵的定子曲線設計，有利于減低噪聲對環境的污染，對于提高我國葉片泵的生產技術水平具有重要現實意義。

1.工程機械用葉片泵高壓低噪聲原因

根據相關研究分析，由于葉片泵的殼體固有頻率較大，不存在振動放大問題，因此，葉片泵的噪聲主要是由泵體內的機械聲和流體聲通過殼體振動而發射出來的，而噪聲產生的部位則是工程機械用葉片泵各運動部件和運動流體，給葉片泵的生產環境帶來極大噪聲影響。其中，機械噪聲主要來源于東子、葉片和轉子的振動，尤其是定子和葉片之間的相互撞擊，是構成葉片泵噪聲的主要部位；而流體噪聲是閉死容積在大圓弧段壓力切換時的瞬時高壓回流形成輸出流量脈沖造成的。下面對幾個噪聲原因進行分析：

1.1定子曲線方面

在葉片泵的運轉過程中，定子曲線與葉片的運動狀態和泵的輸出特性有著緊密聯系，定子內曲線的合理性決定了葉片泵的性能，因此，葉片泵定子曲線是造成葉片泵高壓低噪聲的主要原因。一般情況下，定子曲線對葉片泵造成的噪聲主要有兩個方面：一是、定子曲線產生的輸出流量脈沖；二是、葉片與定子內表面發生撞擊造成的機械聲，葉片有隨時脫離定子的可能。由于大圓弧和小圓弧之間過渡曲線的形狀和性質決定了葉片的不同運動狀態，和泵的壽命、性能等有極大聯系，因此，定子曲線方面的問題就是大圓弧和小圓弧之間的過度曲線問題。

1.2軸向間隙方面

根據工程機械用葉片泵的運轉情況，對葉片泵進行拆裝實驗可以發現，轉子兩側面和側板的接觸部分有明顯摩擦痕跡。造成這種現象的原因是，泵在運轉過程中，葉片頂部和定子內表面所承受的壓力較大，隨著運轉摩擦，產生相應的熱能，而泵的體積較小，泵體內散熱比較困難，導致局部溫度升溫較快，最終引起轉子沿軸向產生線性膨脹。當線性膨脹的范圍超過原有的間隙時，轉子和配油盤則會產生摩擦，使兩者產生較嚴重的磨損，致使轉子端面和兩側板表面出現燒傷情況，最終產生噪聲。因此，在工程機械葉片泵的使用過程中，確定軸向間隙可以有效控制葉片泵的噪聲，從而選擇最合適的泵軸線間隙。

1.3葉片頂廓方面

在葉片泵的噪聲問題中，葉片是重要影響因素之一，葉片的厚度、頭部的形狀都與葉片泵的脈動速率有關，并且關系著定子內部的磨損程度，與葉片泵的使用壽命有著緊密聯系。在工程機械用葉片泵高壓低噪聲問題中，定子的磨損主要部位是與葉片接觸壓力較大的吸油區域，經常出現粘著膠合現象，比較嚴重的情況下會出現波浪形磨損，造成異常噪聲，導致葉片泵不能正常運轉，嚴重影響工程機械生產。由此可知，葉片泵的噪聲有一部分是由定子與葉片之間的振動互相撞擊形成的，在進行葉片泵的噪聲控制時，要優化設計葉片頂廓，以降低噪聲值，使葉片泵的使用壽命得到有效延長。

1.4流量脈動方面

在進行工程機械用葉片泵高壓低噪聲問題研究時，是從工作腔結構本身的脈動特性和壓力上升特性方面來對流量脈動進行分析的，根據相關數據顯示，如果定子過渡曲線段內各葉片沿轉子槽伸出的速度之和是一個常數，那么葉片泵瞬時流量則處于絕對均勻狀態，因此，工作腔結構自身的脈動特性不是影響葉片泵流量脈動的主要影響因素，不會產生噪聲問題。與此同時，根據相關資料和數據可知，流體噪聲的主要來源是輸出流量的脈動，當葉片之間的工作腔由吸油腔和排油腔之間的封油區進入吸油腔或者排油腔時，兩者所產生的壓力是不一樣的，從而發生高壓回流現象，對葉片和定子等部件會產生很大的沖擊，導致噪聲產生，使葉片泵的平穩性受到極大影響。

2.葉片泵定子曲線的優化設計

在工程機械用葉片泵的運轉中，定子曲線的特性主要是有它的速度、躍動和加速度來體現的。

圖1 常見定子曲線特性

如圖1所示，在不同的曲線狀態下，同時定子曲線的最大速度也相差不多的情況下，葉片泵的最大壓力角基本不變。因此，在進行葉片泵定子曲線的優化設計時，要適當配置葉片數，這幾種曲線情況下，都可以獲得等于或近似于常數的速度組合，并且產生的輸出流量脈動會比較小。例如：以等加速等減速曲線為例，在保證定子過渡曲線范圍角α是葉片間隔角β=2π/z的偶數倍的情況下，過渡曲線范圍內的葉片數k可以是某個偶數，因此，在葉片泵的運轉過程中葉片所在點的速度組合就可以保持為常數，致使輸出流量脈動為零，最終葉片泵高壓噪聲值會降到最低。

工程機械用葉片泵的高壓低噪聲要求中，定子曲線需要具有良好的力學特性、無激振效應等特性指標，并且流量脈動要盡可能小，而高次曲線正好能滿足上述的特性要求。再對高次曲線進行預增壓，預減壓的優化處理，可以緩解高壓葉片泵的高壓回流現象，從而進一步降低葉片泵高壓狀況下的噪聲值，使泵的運行更平穩。

3.結束語

綜上所述，對葉片頂廓、定子、流量脈動等進行分析，對定子曲線進行優化設計，可以大大改善工程機械用葉片泵的高壓低噪聲問題，從而提高葉片泵的使用性能和使用壽命。

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