液压泵机械振动与噪声学和噪声有什么危害

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-04-04 15:40 标签： 噪声与振动控制
液压泵振动与噪声的分析和控制研究_计量标准器具_中国百科网
液压泵振动与噪声的分析和控制研究
    摘要首先应用有限元和模态分析相结合的方法研究了液压泵系统的振动特性,然后应用噪声测量与分析系统研究了结构系统在实际运行过程中的噪声强度分布,最后通过系统噪声与振动的综合分析,提出了噪声控制的方法。引 言在工业上,液压泵作为驱动源已得到广泛的应用。但是,在运行过程中出现的振动和噪声问题则明显地影响着人们的工作环境(即人体听觉干扰或环境污染)。如果噪声量级偏大,而人们又长期地在这种环境下工作,将会危害其身心健康。为此,工业界迫切需要科技界通过对液压泵振动和噪声发生机理的研究,采取有效的减振和减噪措施来改善工作环境。从物理现象来考察,液压泵系统(见图1)的振动是产生噪声的主要来源之一。因此,为了寻找该系统的振动原因和主要噪声源,就必须从结构振动和噪声二方面进行仔细研究,并找出合理的改善措施。1 系统振动特性分析液压泵系统的振动特性是进行振动与噪声分析的基本参数。因而完整地了解和掌握结构系统的动力特性具有重要意义。图1是常用液压泵系统的结构示意图。图中,型结构是有油箱、马达、油泵和弹性输油管组成。这是一个较为复杂的动力传递系统。型结构将油箱与泵系统分离,但主要部件同型相同。本文研究重点为型油泵系统。结构系统的动力特性分析采用实验模态分析和有限元数值计算相结合的途径进行。有限元计算在ansys 5.3通用程序上进行。1.1 系统动力特征的有限元分析鉴于液压泵系统为多部件复合结构,模态特性相当复杂。因此利用有限元法对油箱结构作了初步计算,计算结果表明箱体结构的主频较低,前60阶模态集中在40～420 hz频段内。模态振型反映了箱体6个面的变形振动。典型振型图绘于图2。考虑到油箱液位一般位于1/2箱体高度,而液压泵及弹性输油管均布置在箱顶,箱内的流体与同结构耦合的作用不会明显影响上部结构的振动特征。因此,为了更好地取得系统有价值的模态信息,整体分析时对箱体作了简化,油箱顶板周边支承板由三维弹簧代替(见图3)。每一结点由x,y,z三组弹簧代替,简化后的系统由下列部件构成:油箱顶板、马达(包括风罩)、铝合金法兰、橡胶阻尼环及油泵、弹性输油管及油压控制阀等。有限元计算除同时考虑油泵系统所有部件构成的整体结构模态外,还进行了不带输油管的系统振动特性计算,以便获得更多的模态信息。计算取得了系统的前100阶模态频率。图4给出了若干阶典型的模态振型。由图可见:因马达、油泵本身的刚度较其他部件为大,故模态位移(或变形)最大的部位依次为油箱顶板、弹性输油管和马达罩壳。1.2 模态分析结果根据有限元数值分析结果,模态试验针对油箱顶板、马达、油泵及输油管等部位进行液压泵系统的模态分析。首先将结构系统按不同部位进行离散,分别测其离散点的响应。经离散后的结构系统具有150个结点,计450个自由度(见图5)。试验采用丹麦b&k公司的4801型20kg大功率激振器激振,白噪声随机激励作驱动源,试验采用定点激励,遍测油泵系统各结点的方法进行。由3个微型加速度传感器拾取每一测量的三向振动,分别采用美国hp 15/50型模态测试和比利时lms模态时域分析系统进行信号采集和实时分析处理,采样时间$t=0.2 ms,分析频率fs=1250 hz。试验仪器及信号处理流程如图6所示。试验获得的典型振型如图7所示。2 噪声监测与声源定位从物理现象看,物体振动时激励着周围的空气质点运动。由于空气具有压缩性,在质点的相互作用下振动物体四周的空气就交替地产生压缩与膨胀,并逐渐向外传播而形成声波。由于振动与声是密切相关的,机械振动常常引起声幅射。因此,对于振动引起的噪声而言,噪声控制可以通过振动与噪声分析寻找振源,采取减振与隔振措施,从而有效地削弱物体的机械振动以及它在周围环境形成的噪声污染。2.1 噪声监测的基本原理由振动诱导的噪声分析有别于水工水力学研究中水流空化噪声的测量方法。其主要特点可以利用声强探头沿着被测结构表面进行噪声的直接测量。试验采用比较优越的声强测量方法,通过测量声强求取声功率,而不需要特殊声学环境(即在有背景噪声情况下也能测定声源的声功率)。其基本原理是在声强频谱分析基础上,根据2个平稳随机信号的互相关函数与互功率谱密度函数间的关系建立声强频域表达式其中:g12是声压p1和p2的互功率谱;im{g12}为g12的虚部;$r为两传声器的距离;q为空气密度。通过声强测量对声源进行识别与定位。试验仪器采用丹麦b&k的声强测量系统并配置3708型nsl噪声定位软件进行实时分析处理。测量与分析流程如图8所示。这一测量分析系统的最大特点是方便简捷,一旦输入被测系统的几何尺寸,利用cad绘图系统制图,系统的噪声分布通过不同量级的声强用不同的色彩表示。整个图形显示和操作分析采用windows 9.5界面,直观、生动。2.2 测量结果试验前将结构系统的周边离散形成一个空间网络,噪声的测量按p=100,120,200 pa等不同油压工况进行。在每个指定的网格上测取其声强。图9显示了液压系统诸部件的声强分布直方图。由图可见,噪声强度最大的部件为马达,其次是箱顶、油泵、弹性输油管,其声功率量级分别为88 db,83.5 db,81.5 db,78 db等。3 结 语振动与噪声现象是复杂的物理现象,二者之间具有一定的相互关系。通过结构系统的振动特性分析,可以了解系统的频率分布及其振型。向噪声测量可以找到噪声源。综合二者的分析成果可以明确噪声和振动的关系并采取有效措施进行噪声控制。本文的研究方法对开展结构振动分析和噪声控制有一定的参考价值。参考文献1 fiebig w, heisel u. schwingungs-und gerabu schoptimierung von hydropumpen durch analyse desgehabusesch wingung sverhaltens. o+p oblhydraulik und pneumatik, ～392 beranek l l. noise and vibration control. mcgraw-hill,19733 ralph a.collacott vibration monitoring and diagnosis. london, 1979第一作者简介:严根华 男,1956年生,高级工程师。现任中国水利学会水力学专委会委员,江苏省水利学会水力学专委会委员,江苏省振动工程学会理事。长期从事水利动力学及水工结构振动研究。
收录时间:日 06:35:51 来源:中国计量测控网 作者:点击率
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电话：86-6液压系统振动和噪声的来源和产生原因分析
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造成液压系统中的振动和噪声的来源很多，大致有机械系统，液压泵，液压阀及管路等几方面。 1、机械系统的振动和噪声主要是由驱动液压泵的机械传动系统引起的，主要有以下几方面。 ①回转体的不平衡& 在实际应用中，电动机大都通过联轴节驱动液压泵工作，要使这些回转体做到完全的动平衡是非常困难的，如果不平衡力太大，就会在回转时产生较大的转轴的弯曲振动而产生噪声。 ②安装不当& 液压系统常因安装上存在问题，而引起振动和噪声。如系统管道支承不良及基础的缺陷或液压泵与电机轴不同心，以及联轴节松动，这些都会引起较大的振动和噪声。 2、液压泵(液压马达)通常是整个液压系统中产生振动和噪声的最主要的液压元件。 液压泵产生振动和噪声的原因主要表现在以下三个方面： ①液压泵压力和流量的周期变化 液压泵的齿轮,叶片及柱塞在吸油,压油的过程中,使相应的工作产生周期性的流量和压力的过程中,使相应的工作腔产生周期的流量和压力的变化,进而引起泵的流量和压力脉动,造成液压泵的构件产生振动,而构件的振动又引起了与其相接触的空气产生疏密变化的振动,进而产生噪声的声压波传播出去。 ②液压泵的空穴现象 液压泵在工作时,如果液压油吸入管道的阻力过大,此时,液压油来不及充满泵的吸油腔,造成吸油腔内局部真空,形成负压。如果这个压力恰好达到了油的空气分离压力时,原来溶解在油液内的空气便会大量析出,形成游离状态的气泡。随着泵的动转,这种带有气泡的油液转入高压区,此时气泡由于受到高压而缩小,破裂和消失,形成很高的局部高频压力冲击。 ③液压泵内的机械振动 液压泵是由很多的零件构件的,由于零件的制造误差,装配不当都有可能引起液压系统的振动和噪声。& 1、液压阀的振动和噪声& 液压阀产生的噪声，因阀的种类，使用条件等具体情况不同而有所不同。按其发生的原因大致可分为机械声和流体声两大类： ①机械声& 大部分的液压阀都由阀芯，阀体，调控零件，紧固件，密封件等几部分组成，他是通过外力使阀芯产生运动，阀芯运动至相应位置使液流发生改变，满足工作要求。在这一过程中，阀内可动零件的机械接触产生噪声。 ②流体声& 由于液压阀在进行节流，换向，溢流时，使阀体内液流的流量，方向以及背压发生种种变化，导致阀件及管道的壁面产生振动，从而产生噪声。按其产生压力振动的原因又可分为气穴声，流动声，液压冲击声和震荡声。& 2、管路的振动和噪声& 这主要是由于泵，阀等液压元件的振动在管路上相互作用引起的。研究表明，当管路的长度恰好等于振动压力波长一半的整数倍时，管路会产生强烈的高频噪声。 此外，外部震源也可能引起管路共振；而当管路的截面积突然变化（急剧扩大和缩小或急转弯）时，都会使其中的液流发生变化，易产生紊流而发出噪声。
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