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(diǎn)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。
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。
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。
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。
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。
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(diǎn)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>
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(diǎn)研究。
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(diǎn)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。
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
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
(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
(1)新型軸向柱塞泵的主要特點(diǎn)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。
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