先導式溢流閥噪聲控制技術研究

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(1. 海軍駐北京地區艦船設備軍事代表室， 北京 100176； 2. 北京市液壓技術研究所， 北京 100176)

引言

隨著現代機械裝備的發展，環境機械噪聲越來越受到關注。溢流閥作為一般液壓系統必備的液壓元件，其噪聲水平對整個液壓裝置起著重要作用。

溢流閥噪聲源一般為主閥閥口的節流氣穴噪聲、回油流道的渦流噪聲及閥調定壓力的壓力脈動引起的振動噪聲的傳遞。為了抑制先導式溢流閥的噪聲，需要對溢流閥的先導閥和主閥結構進行技術研究，最大限度降低溢流閥的噪聲水平。

1 常規先導式溢流閥結構及噪聲分析

常規先導式溢流閥內部結構一般如圖1所示。

圖1 常規先導式溢流閥內部結構圖

溢流閥由先導閥與主閥兩部分組成，先導閥控制主閥以適合較大流量的使用需要。由于常規溢流閥主閥閥口液流直接流到回油流道中，出流阻力很小，出流壓力很低，閥口容易發生氣蝕問題，造成很大的氣穴噪聲。同時閥口出流液流會在回油流道內產生渦流，造成很大的渦流氣穴噪聲。

從綜合性能考慮常規溢流閥先導閥錐閥一般采取40°錐角結構，由于錐閥前腔容積大、錐閥角度大，這種結構的溢流閥一般壓力穩定性稍差，壓力脈動大。為了提高溢流閥壓力穩定性、減小氣穴噪聲，研究人員設計了兩種結構溢流閥進行了噪聲控制研究。

2 先導閥為球閥式溢流閥結構及噪聲分析

圖2所示溢流閥先導閥閥芯采用了球閥結構、閥座采用了錐面結構，閥口出流收縮系數和擴散系數都比較小，有利于降低閥的氣穴噪聲。由于先導閥閥芯采用了球閥結構，導閥前腔容積很小，同時閥座采用了30°錐角內錐結構，可以有效地提高閥的壓力穩定性。

溢流閥主閥口出流部位采用了類似二次節流的方式， 主閥閥口的出流液流經閥芯與閥套形成的弓形窗口時根據閥口開度動態加載，以此提高閥口出流壓力，使出流壓力高于油液汽化壓力，以達到減小氣穴發生的目的。同時主閥閥套閥口部位錐角由70°減小為60°，有利于提高閥的壓力穩定性，減小壓力脈動。

圖2 先導閥為球閥式溢流閥

3 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥結構及噪聲分析

圖3所示溢流閥先導閥采用了錐閥結構，錐閥錐角為25°，同時導閥控制邊直徑進一步減小，前腔容積也相應減小，這樣可以有效提高閥的壓力穩定性。溢流閥主閥采用了組合式回油出流的方式，主閥口出流部位也采用了類似二次節流的方式，主閥閥口的出流液流經閥芯與閥套形成的弓形窗口時根據閥口開度動態加載，以此提高閥口出流壓力，使出流壓力高于油液汽化壓力，以達到降低氣穴噪聲的目的。由于主閥回油采用了組合式回油流道方式，當出流液流到達閥的主回油流道時液流流動速度已很小，不易形成渦流，因而有最大限度地減小了渦流氣蝕噪聲。同時主閥閥芯閥口部位錐角減小為40°，這樣有利于提高閥的壓力穩定性，減小壓力脈動。

圖3 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥

4 溢流閥的噪聲對比試驗驗證

4.1 測試手段的建設

為了保證試驗驗證的真實性及準確性，研究人員建造了如圖4所示的簡易元件噪聲測試室。根據試驗大綱的要求設計了如圖5所示的試驗裝置。測試儀器采用噪聲頻譜分析儀，被試元件采用支架固定，距離地面0.5 m，測試儀器傳感器距被試元件距離1 m。驗證方式為對比試驗。

圖4 簡易元件噪聲測試室

圖5 試驗裝置

4.2 試驗驗證

(1) 常規溢流閥噪聲測試見表1。

表1 常規溢流閥噪聲測試數據

在壓力為10 MPa、流量為100 L/min工況下常規溢流閥壓力脈動幅值為0.72 MPa。

(2) 先導閥壓力調節元件為球閥式溢流閥噪聲測試見表2。

圖6 常規溢流閥流量-噪聲曲線圖(壓力為10 MPa)

圖7 常規溢流閥壓力-噪聲曲線圖(流量為100 L·min-1)

壓力/MPa 噪聲/dB(A)流量/L·min-1789104066．165．868．166．5506866．866．867．26069．468．868．268．2706968．470．269．48072．872．870．369．49072．874．275．573．810073．376．477．579．5

圖8 先導閥為球閥式溢流閥流量-噪聲曲線圖(壓力為10 MPa)

圖9 先導閥為球閥式溢流閥壓力-噪聲曲線圖(流量為100 L·min-1)

在壓力為10 MPa、流量為100 L/min工況下NO.1新型溢流閥壓力脈動幅值為0.64 MPa。

圖10 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥流量-噪聲曲線圖(壓力為10 MPa)

(3) 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥噪聲測試見表3。

表3 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥噪聲測試數據

圖11 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥壓力-噪聲曲線圖(流量為100 L·min-1)

在壓力為10 MPa、流量為100 L/min工況下NO.2新型溢流閥壓力脈動幅值為0.42 MPa。

4.3 驗證結論

在工作壓力為10 MPa，工作流量為100 L/min工況下，常規溢流閥噪聲值為81.2 dB(A), 先導閥為球閥式溢流閥噪聲值為79.5 dB(A)， 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥噪聲值為68.8 dB(A)。改進結構的溢流閥噪聲水平有明顯下降。

在工作壓力為10 MPa，工作流量為100 L/min工況下，常規溢流閥壓力脈動值為0.72 MPa，先導閥為球閥式溢流閥壓力脈動值為0.64 MPa，主閥閥套回油通道為組合式溢流閥壓力脈動值為0.42 MPa。

5 結論

(1) 通過溢流閥噪聲源分析，對溢流閥進行兩種形式的結構改進，并設計了試驗裝置完成了性能試驗和噪聲對比試驗。

(2) 通過對比試驗驗證了改進方案的可行性，溢流閥的空氣噪聲水平和壓力脈動值與常規產品相比有了大幅度減小，達到了預期研究目的。

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