新型低噪聲軸向柱塞泵結(jié)構(gòu)改進(jìn)對噪聲影響的實驗研究

張廷標(biāo)，戴正強(qiáng)，肖 霄，王俊雄，鄧鵬志，曾谷山

（邵陽學(xué)院 機(jī)械與能源工程學(xué)院，湖南 邵陽 422000）

隨著液壓技術(shù)的發(fā)展，對其高速、高效率、低噪聲的要求變得越來越嚴(yán)格，傳統(tǒng)的軸向柱塞泵在這些技術(shù)難點上的突破困難重重。新型軸向柱塞泵主要針對傳統(tǒng)軸向柱塞泵存在的噪聲大，返修率高等缺陷，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，使得問題得到解決。通過一系列的實驗數(shù)據(jù)論證，新型軸向柱塞泵在低噪聲，高效率方面要優(yōu)于傳統(tǒng)軸向柱塞泵。

1 軸向柱塞泵自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生噪聲的主要原因

1.1 柱塞孔液體壓力變化產(chǎn)生噪聲的原因

柱塞孔內(nèi)液體壓力會產(chǎn)生一個突變，從而使得泵內(nèi)的作用力和力矩產(chǎn)生相應(yīng)的突變，這種突變導(dǎo)致了柱塞泵的物理振動，從而產(chǎn)生噪聲。

1.2 吸油過程產(chǎn)生的原因

柱塞泵在吸油時由于柱塞孔的壓力形成一定的真空而產(chǎn)生的氣穴，到高壓區(qū)破滅而發(fā)生氣濁，從而產(chǎn)生噪聲。

1.3 柱塞泵本身固有的流量脈動產(chǎn)生的流體噪聲

柱塞泵有流量脈動的固有特性，流量脈動率隨柱塞數(shù)目的不同而相應(yīng)變化。由于不同液壓泵的流量脈動必然會引起泵的出口和管路的相應(yīng)壓力脈動，這種壓力脈動勢必會產(chǎn)生不同的噪聲。

1.4 運(yùn)動副之間的摩擦產(chǎn)生的噪聲

柱塞泵的回轉(zhuǎn)件不平衡，軸承精度不高等原因會造成運(yùn)動副之間的摩擦較大，從而產(chǎn)生噪聲。

1.5 人為原因產(chǎn)生的噪聲

人為裝配不精準(zhǔn)或使用不當(dāng)，同樣會使得柱塞泵產(chǎn)生噪聲。新型低噪聲軸向柱塞泵主要針對上敘提出的第四點進(jìn)行實驗研究，對柱塞泵進(jìn)行改良，減少運(yùn)動副摩擦，使得噪聲降低。在運(yùn)動副的摩擦中，主要存在以下3類。

（1）缸體與配油盤的摩擦（主要摩擦）。吸油時，從吸油口吸入液壓油，流經(jīng)配油盤的腰形孔，再通過缸體底部的腰形孔到達(dá)缸體柱塞孔，最后至滑靴與變量頭之間。配油盤在此起到了對液壓油的分配和阻止吸油腔和壓油腔的作用。壓油時，高壓油流經(jīng)柱塞孔后再經(jīng)缸體腰形孔到配流盤的沖擊而引起噪聲。

（2）變量頭與滑靴的摩擦（次主要摩擦）。液壓油壓力的作用使滑靴緊壓在變量頭上，缸體的旋轉(zhuǎn)則帶動柱塞及滑靴旋轉(zhuǎn)，從而形成摩擦。

（3）柱塞與柱塞孔的摩擦（次要摩擦）。柱塞與柱塞孔之間形成軸孔配合，兩者之間的配合必存在一定的無法消除的間隙。柱塞泵的噪聲與軸孔間隙有關(guān)。此外，若間隙中存在小顆粒，不僅會加大噪聲，甚至?xí)瓊?/p>

2 軸向柱塞泵的噪聲研究

對實驗室中傳統(tǒng)的柱塞泵進(jìn)行測試，如表1所示。

表1 柱塞泵的測試

從表1中可以得出摩擦副所造成的噪聲比例是機(jī)械噪聲的73.56%，也是影響柱塞泵噪聲的主要原因。故需要把之當(dāng)作重點研究。

3 新型軸向柱塞泵降低噪聲的措施和實驗論證

3.1 減小軸向柱塞泵在運(yùn)動副摩擦引起的噪音的一系列措施

經(jīng)上述分析，軸向柱塞泵由于運(yùn)動副之間摩擦而產(chǎn)生的噪聲主要來源于三種運(yùn)動副。根據(jù)軸向柱塞泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和其工作的實際情況，可以提出以下幾點措施，來降低由運(yùn)動副摩擦產(chǎn)生的噪聲。

（1）降低運(yùn)動副之間的粗糙度，從而降低摩擦阻力。

（2）增開貯油小裝置，使用潤滑油，使得摩擦副之間的摩擦由之前的混合摩擦變?yōu)榱鲃幽Σ痢?/p>

（3）減小摩擦副之間的壓緊力，采用靜壓力平衡原理。

（4）改善軸孔配合，使得雜質(zhì)進(jìn)入軸孔間隙的幾率降低。

3.2 改造機(jī)械噪聲的改進(jìn)方法

機(jī)械噪聲的改造主要從節(jié)省原料和改進(jìn)結(jié)構(gòu)工藝入手，從中達(dá)到降低噪聲的目的。

（1）從節(jié)省原料方面降低噪聲。①改變泵的整體尺寸（如增大了泄油口的尺寸）；②設(shè)計內(nèi)部輔助機(jī)構(gòu)（如在鼠尾尖部開一個通孔取代配油盤表面的貯油槽和盲孔）。

（2）從結(jié)構(gòu)工藝方面降低噪聲。①增長配流盤的鼠尾長度；②簡化配油盤表面結(jié)構(gòu)（實驗證明，配油盤上的盲孔和貯油槽降噪效果不明顯）；③在鼠尾尖部開一個通孔（起到泄流，消音作用，如圖1所示；④對配流盤的壓油腰形孔改善，如添加加強(qiáng)筋（如圖1所示）；⑤對配油盤上的吸油腰形孔加寬，壓油腰形孔縮小。

圖1 改進(jìn)和配油盤結(jié)構(gòu)圖

3.3 新型軸向柱塞泵噪聲檢測

本次實驗選用3組缸體，3件普通配流盤，3件降噪配流盤。實驗條件為：額定壓力31.5MPa，額定轉(zhuǎn)速1500r/min，液壓油油溫50℃。

（1）同臺泵普通配流盤和降噪配流盤噪聲的對比。對比數(shù)據(jù)如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，同一缸體使用降噪聲配流盤比普通配流盤噪聲降低1～2dB。除了缸體一之外，其他缸體使用普通配流盤聲音不柔和、刺耳。

表2 同一臺泵普通配流盤和降噪配流盤噪聲對比表

圖2 同一臺泵普通配流盤和降噪配流盤噪聲對比圖

（2）不同缸體使用不同配流盤噪聲的對比。對比數(shù)據(jù)如表3所示。其中0、2缸屬于不合格缸，1缸屬于合格缸。由表可以看出，同一缸體與降噪配流盤匹配，比與普通配流盤匹配，噪聲降低了2～3.3dB，平均降低2.5dB。

不同缸體與降噪配流盤匹配，噪聲總比與普通配流盤的要低。

表3 不同缸體、不同配油盤相互匹配噪音對比表

圖3 不同缸體、不同配油盤相互匹配噪音對比圖

4 新型軸向柱塞泵的效率與普通軸向柱塞泵的效率對比

（1）不同泵在不同轉(zhuǎn)速下容積效率。實驗條件為：最大排量63ml/r、額定轉(zhuǎn)速1450r/min、不開功率反饋。其中0號泵為新型軸向柱塞泵，1號和2號泵為普通軸向柱塞泵。從實驗數(shù)據(jù)表4可以看出，新型軸向柱塞泵的容積效率在同一壓力下比其它普通軸向柱塞泵高3%到17%，平均高10%。

表4 不同型號泵最大排量（63ml/r）、額定轉(zhuǎn)速（1450r/min）下的容積效率

圖4 不同型號泵最大排量（63ml/r）、額定轉(zhuǎn)速（1450r/min）下的容積效率對比圖

（2）不同泵在的不同轉(zhuǎn)速總效率。實驗條件為：最大排量63ml/r、額定轉(zhuǎn)速1450r/min、不開功率反饋。其中0號泵為新型軸向柱塞泵，1號和2號泵為普通軸向柱塞泵。從表5可以看出，新型軸向柱塞泵的容積效率在同一壓力下比其它柱塞泵高5.9%到14.9%，平均高10.4%。由此知道新型軸向柱塞泵要總效率更好。

表5 不同型號泵最大排量（63ml/r）、額定轉(zhuǎn)速下（1450r/min）的總效率

圖5 不同型號泵最大排量（63ml/r）、額定轉(zhuǎn)速下（1450r/min）的總效率對比圖

5 結(jié)語

（1）新型軸向柱塞泵的主要特點是在配流盤上1增加鼠尾結(jié)構(gòu)，增開通孔，添加加強(qiáng)筋，以及對配油盤上的吸油腰形孔加寬，壓油腰形孔縮小。

（2）新型軸向柱塞泵可以降低噪聲2.5dB左右，優(yōu)于普通泵。

（3）新型軸向柱塞泵的總效率提高了10%左右，性能優(yōu)良。

（4）新型軸向柱塞泵的噪聲低，效率高，總體優(yōu)于普通軸向柱塞泵，具有很好的市場應(yīng)用價值。

［1］部立煥，王佃武，液壓系統(tǒng)與噪聲的分析［J］.液壓與氣動，2006，（5）.

［2］許福玲，陳堯明，液壓與氣壓傳動［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［3］王凱明，韓志剛，齒輪油泵噪聲控制［J］.機(jī)械與電子，2008，（26）.