工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲問(wèn)題研究

鄭炳敏 鄭敏娟

摘要：近年來(lái)，工程機(jī)械使用過(guò)程中，葉片泵高壓低噪聲問(wèn)題控制已經(jīng)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(jī)械產(chǎn)品的耐久性和安全性，對(duì)于促進(jìn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益不斷增長(zhǎng)起到重要影響。本文對(duì)工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲原因進(jìn)行分析，提出葉片泵定子曲線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高葉片運(yùn)行的平穩(wěn)性，使工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲問(wèn)題得到更有效控制。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械用；葉片泵；高壓低噪聲；穩(wěn)定性

隨著液壓技術(shù)的不斷發(fā)展，高壓系統(tǒng)中葉片泵的使用范圍得到了不斷擴(kuò)大，對(duì)工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲問(wèn)題進(jìn)行研究，找出噪音產(chǎn)生的原因，優(yōu)化葉片泵的定子曲線(xiàn)設(shè)計(jì)，有利于減低噪聲對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)于提高我國(guó)葉片泵的生產(chǎn)技術(shù)水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲原因

根據(jù)相關(guān)研究分析，由于葉片泵的殼體固有頻率較大，不存在振動(dòng)放大問(wèn)題，因此，葉片泵的噪聲主要是由泵體內(nèi)的機(jī)械聲和流體聲通過(guò)殼體振動(dòng)而發(fā)射出來(lái)的，而噪聲產(chǎn)生的部位則是工程機(jī)械用葉片泵各運(yùn)動(dòng)部件和運(yùn)動(dòng)流體，給葉片泵的生產(chǎn)環(huán)境帶來(lái)極大噪聲影響。其中，機(jī)械噪聲主要來(lái)源于東子、葉片和轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，尤其是定子和葉片之間的相互撞擊，是構(gòu)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(shí)的瞬時(shí)高壓回流形成輸出流量脈沖造成的。下面對(duì)幾個(gè)噪聲原因進(jìn)行分析：

1.1定子曲線(xiàn)方面

在葉片泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，定子曲線(xiàn)與葉片的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和泵的輸出特性有著緊密聯(lián)系，定子內(nèi)曲線(xiàn)的合理性決定了葉片泵的性能，因此，葉片泵定子曲線(xiàn)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(xiàn)對(duì)葉片泵造成的噪聲主要有兩個(gè)方面：一是、定子曲線(xiàn)產(chǎn)生的輸出流量脈沖；二是、葉片與定子內(nèi)表面發(fā)生撞擊造成的機(jī)械聲，葉片有隨時(shí)脫離定子的可能。由于大圓弧和小圓弧之間過(guò)渡曲線(xiàn)的形狀和性質(zhì)決定了葉片的不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，和泵的壽命、性能等有極大聯(lián)系，因此，定子曲線(xiàn)方面的問(wèn)題就是大圓弧和小圓弧之間的過(guò)度曲線(xiàn)問(wèn)題。

1.2軸向間隙方面

根據(jù)工程機(jī)械用葉片泵的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，對(duì)葉片泵進(jìn)行拆裝實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子兩側(cè)面和側(cè)板的接觸部分有明顯摩擦痕跡。造成這種現(xiàn)象的原因是，泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，葉片頂部和定子內(nèi)表面所承受的壓力較大，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦，產(chǎn)生相應(yīng)的熱能，而泵的體積較小，泵體內(nèi)散熱比較困難，導(dǎo)致局部溫度升溫較快，最終引起轉(zhuǎn)子沿軸向產(chǎn)生線(xiàn)性膨脹。當(dāng)線(xiàn)性膨脹的范圍超過(guò)原有的間隙時(shí)，轉(zhuǎn)子和配油盤(pán)則會(huì)產(chǎn)生摩擦，使兩者產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨損，致使轉(zhuǎn)子端面和兩側(cè)板表面出現(xiàn)燒傷情況，最終產(chǎn)生噪聲。因此，在工程機(jī)械葉片泵的使用過(guò)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(xiàn)間隙。

1.3葉片頂廓方面

在葉片泵的噪聲問(wèn)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(dòng)速率有關(guān)，并且關(guān)系著定子內(nèi)部的磨損程度，與葉片泵的使用壽命有著緊密聯(lián)系。在工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲問(wèn)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(qū)域，經(jīng)常出現(xiàn)粘著膠合現(xiàn)象，比較嚴(yán)重的情況下會(huì)出現(xiàn)波浪形磨損，造成異常噪聲，導(dǎo)致葉片泵不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響工程機(jī)械生產(chǎn)。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(dòng)互相撞擊形成的，在進(jìn)行葉片泵的噪聲控制時(shí)，要優(yōu)化設(shè)計(jì)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(zhǎng)。

1.4流量脈動(dòng)方面

在進(jìn)行工程機(jī)械用葉片泵高壓低噪聲問(wèn)題研究時(shí)，是從工作腔結(jié)構(gòu)本身的脈動(dòng)特性和壓力上升特性方面來(lái)對(duì)流量脈動(dòng)進(jìn)行分析的，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，如果定子過(guò)渡曲線(xiàn)段內(nèi)各葉片沿轉(zhuǎn)子槽伸出的速度之和是一個(gè)常數(shù)，那么葉片泵瞬時(shí)流量則處于絕對(duì)均勻狀態(tài)，因此，工作腔結(jié)構(gòu)自身的脈動(dòng)特性不是影響葉片泵流量脈動(dòng)的主要影響因素，不會(huì)產(chǎn)生噪聲問(wèn)題。與此同時(shí)，根據(jù)相關(guān)資料和數(shù)據(jù)可知，流體噪聲的主要來(lái)源是輸出流量的脈動(dòng)，當(dāng)葉片之間的工作腔由吸油腔和排油腔之間的封油區(qū)進(jìn)入吸油腔或者排油腔時(shí)，兩者所產(chǎn)生的壓力是不一樣的，從而發(fā)生高壓回流現(xiàn)象，對(duì)葉片和定子等部件會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊，導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生，使葉片泵的平穩(wěn)性受到極大影響。

2.葉片泵定子曲線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在工程機(jī)械用葉片泵的運(yùn)轉(zhuǎn)中，定子曲線(xiàn)的特性主要是有它的速度、躍動(dòng)和加速度來(lái)體現(xiàn)的。

圖1 常見(jiàn)定子曲線(xiàn)特性

如圖1所示，在不同的曲線(xiàn)狀態(tài)下，同時(shí)定子曲線(xiàn)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(jìn)行葉片泵定子曲線(xiàn)的優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要適當(dāng)配置葉片數(shù)，這幾種曲線(xiàn)情況下，都可以獲得等于或近似于常數(shù)的速度組合，并且產(chǎn)生的輸出流量脈動(dòng)會(huì)比較小。例如：以等加速等減速曲線(xiàn)為例，在保證定子過(guò)渡曲線(xiàn)范圍角α是葉片間隔角β=2π/z的偶數(shù)倍的情況下，過(guò)渡曲線(xiàn)范圍內(nèi)的葉片數(shù)k可以是某個(gè)偶數(shù)，因此，在葉片泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中葉片所在點(diǎn)的速度組合就可以保持為常數(shù)，致使輸出流量脈動(dòng)為零，最終葉片泵高壓噪聲值會(huì)降到最低。

工程機(jī)械用葉片泵的高壓低噪聲要求中，定子曲線(xiàn)需要具有良好的力學(xué)特性、無(wú)激振效應(yīng)等特性指標(biāo)，并且流量脈動(dòng)要盡可能小，而高次曲線(xiàn)正好能滿(mǎn)足上述的特性要求。再對(duì)高次曲線(xiàn)進(jìn)行預(yù)增壓，預(yù)減壓的優(yōu)化處理，可以緩解高壓葉片泵的高壓回流現(xiàn)象，從而進(jìn)一步降低葉片泵高壓狀況下的噪聲值，使泵的運(yùn)行更平穩(wěn)。

3.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)葉片頂廓、定子、流量脈動(dòng)等進(jìn)行分析，對(duì)定子曲線(xiàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大改善工程機(jī)械用葉片泵的高壓低噪聲問(wèn)題，從而提高葉片泵的使用性能和使用壽命。

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