船舶操舵液壓系統噪聲分析與控制

李忠杰

摘 要：船舶操舵液壓系統噪聲不僅影響船舶的隱蔽性，而且會對管路和設備造成破壞，降低船舶操舵液壓系統噪聲是船舶設計的一項重要內容。本文在對產生船舶操舵液壓系統噪聲根本原因進行深入研究后，提出了船舶操舵液壓系統噪聲降低甚至消除的科學方法和有效措施，為以后設計、安裝、使用船舶操舵液壓系統打下堅實基礎。

關鍵詞：液壓;舵機;噪聲;振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.014

1 操舵液壓系統噪聲分析

船舶操舵液壓系統根據采用的主控液壓元件是方向控制閥或變量泵分為閥控舵或泵控舵，本文研究的是閥控舵，主要由柱塞泵、蓄能器、溢流閥、方向控制閥和液壓缸等元件組成，采用開式循環，定量液壓泵間歇工作，由蓄能器供油。

船舶操舵液壓系統噪聲主要有機械噪聲、負載噪聲、流體噪聲以及由于系統表面振動而引起的空氣噪聲，其中以流體噪聲表現最為強烈。

1.1 機械噪聲

液壓機械由于零部件的制造誤差或裝配不當會導致零件的相互碰撞，引起振動和噪聲。例如，作為高頻寬帶噪聲的代表機械噪音，主要產生自閥門類配件的機械碰撞和閥芯內的相互沖擊;柱塞泵作高速旋轉運動，如果回轉件運動不平衡、軸承精度差、傳動軸安裝誤差大、聯軸節偏斜等，也會產生振動和噪聲，這類噪聲主要由基頻和高頻諧波組成[1]。

1.2 負載噪聲

船舶操舵液壓系統工作時，液壓油推動舵機液缸活塞做功，液壓油本身受到壓縮。活塞換向時，高壓腔變成低壓腔，其壓力勢能在瞬間釋放，會對管路產生沖擊和噪聲[2]。負載噪聲主要由低阻尼引起的，可通過在液壓缸兩腔之間設置旁路泄漏通道或加裝機械式動壓反饋裝置，來控制負載沖擊和噪聲。

1.3 流體噪聲

流體噪聲主要由液壓沖擊噪聲、空穴噪聲和脈動噪聲等組成，產生液壓沖擊噪聲產生的根本原因是閥門配件的開啟或關閉，而液壓沖擊噪聲也是流體噪聲中振幅最為劇烈的。在船舶操舵液壓系統中，控制液壓缸的方向控制閥是動作十分頻繁的元件，無論是轉舵還是調整舵角，方向控制閥必須快速改變開口大小，變換通流方向，從而產生液壓沖擊。方向控制閥門的開關是造成操舵液壓噪聲的主要原因，閥門關閉速度的快慢影響著液壓噪聲的大小，閥門越快關閉，產生的噪音越大，所以想要降低閥門沖擊產生的噪聲，就要盡量放慢閥門關閉的速度。

2 降低操舵液壓系統噪聲的方法

產生操舵液壓系統噪聲的原因有很多，但主要都跟液壓機械振動的性質、頻率，還有系統內管道空間的設計、連接等因素有關。對于成熟的操舵液壓系統來說，降低系統噪聲是非常艱難的，想要有效的控制噪聲，就要從系統設計、機械配件的選擇和安裝上入手，從根源上減少操舵液壓系統的噪聲。

2.1 抓好系統頂層設計

（1）選用低噪聲液壓機械。操舵液壓系統噪聲中產生噪音振幅最劇烈，頻率最高的就是液壓機械，所以想要降低操舵液壓系統噪聲就要使用低噪聲的液壓機械。首先，在選用柱塞泵和閥門配件等液壓機械時，需要能夠符合降低噪聲的工作要求的同時，注意液壓機械與整個系統是否相適應，避免發生共振現象;其次，在電機和柱塞泵軸心的連接處采用彈性的聯軸器，盡可能的避免他們之間產生振動和噪聲;最后，對閥門的開關過程進行進一步優化，在合理范圍內對控制閥門開關的方向進行設計，延緩閥門關閉的速度，降低機械噪聲。

（2）優化管道空間布置。通過對操舵液壓系統進行三維設計、模擬及預測，對系統中管道空間的位置重新排列組合。首先，在管道長短的選擇上，避免管道固有的振動頻率與系統的壓力脈動頻率相一致，防止產生共振，增加噪音。在管道布置中減少折彎，如果必需采用彎管，那么它的曲率半徑要在管道直徑的5倍以上，這樣才能避免管道內產生的亂流引發的噪聲。其次，要將管道布置在能支撐堅固牢靠的基座上，在管道、閥件、船體結構三者的連接處使用彈性的支撐配件，在與液壓機械聯接處使用軟管，減少振動的傳遞，抑制噪音的產生;最后，在管道設計中，與液壓油箱要保持足夠的安全空間，設置放氣裝置，將排回油箱中的氣體進行分離，避免空穴現象的發生。

（3）采用減振降噪措施。將操舵液壓系統中每個零部件實際產生噪音的頻率、振幅進行分類，根據不同的噪音大小采用不同的減振降噪的措施。首先，在操舵液壓機械（泵） 的機座加裝橡皮墊、彈簧或隔振裝置，使之與底板隔離，減少振動傳遞。其次，在方向控制閥下游（舵機液缸附近）加裝軟管，方向控制閥上游加裝消聲器，利用軟管和消聲器吸收壓力勢能，減緩壓力脈動，消除噪聲。最后，在液壓缸的進出口加裝動壓反饋裝置提高系統阻尼，降低系統的超調量，從而降低系統噪聲。

2.2 嚴格操舵液壓系統安裝

在操舵液壓系統中嚴格按照設計要求進行液壓機械和管道安裝。首先，要調整電機和泵的機座的連接水平，使用具有防松功能的緊固螺絲;其次，將管道中所有與閥件相接的地方，做到相同尺寸及大小，減少液體的流動阻力。

2.3 合理使用和維護

嚴格按照規定要求對操舵液壓系統進行使用及日常維護。首先，要注意方向控制閥門的操作方法，盡量降低閥門關閉的速度，延長關閉時間，從而減少操舵液壓系統的噪聲;其次，定期進行液壓機械及管道的檢查和維護，電機與機座的固定螺絲有沒有松動、隔振裝置是否仍然起作用、吸油管的連接接頭有沒有掉落、濾油器的出口有沒有被堵住等。

3 結束語

液壓機械的使用及安裝質量、系統內各個部件的耦合情況，從前期系統的設計、安裝到后期的使用和維護都與船舶操舵液壓系統噪聲的產生有著千絲萬縷的聯系。如果想要從源頭降低操舵液壓系統噪聲，就必須從開始的設計階段就避免噪聲，使用符合要求的低噪聲液壓機械，對管道空間位置布局進行重組，嚴格按技術要求施工、操作和維護，這樣才是降低操舵液壓系統噪聲科學合理的辦法。

參考文獻：

[1]陳顯揚，嚴學書.液壓系統噪聲與控制的探討[J].渝州大學學報，

1993（03）：74-80.

[2]顧邦中.船舶操舵系統液壓沖擊問題的分析[J].中國修船，2005

（01）：26-28.