淺談機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲分析與控制①

李志強(qiáng)

摘? 要：隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平不斷提高，機(jī)床液壓設(shè)備的使用范圍不斷擴(kuò)大，研究水平不斷提高，現(xiàn)階段，機(jī)床液壓設(shè)備正朝著高壓、高轉(zhuǎn)、高功的方向發(fā)展。然而機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的存在一直以來(lái)具有普遍性，這一問(wèn)題已經(jīng)很明顯的成為阻礙機(jī)床液壓技術(shù)向更高水平發(fā)展的因素，對(duì)于解決這一問(wèn)題的重視程度不斷提高。該文主要分析闡述機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的相關(guān)內(nèi)容，主要分析噪聲出現(xiàn)的原因及解決方法。

關(guān)鍵詞：機(jī)床液壓? 液壓傳動(dòng)? 噪聲分析? 控制措施

中圖分類(lèi)號(hào)：TG519 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2020）07（a）-0066-03

Machine Tool Hydraulic Transmission Noise Analysis and Control

LI? Zhiqiang

（Shenyang Machinery Group Kunming Machine Tool Co.，Ltd.，Kunming，Yunnan Province，650203 China）

Abstract： With the development of economic and social progress， China's industrial technology level continues to improve， at present， the machine tool hydraulic equipment is developing towards the direction of high pressure， high rotation and high power. However， the existence of hydraulic transmission noise has been universal， this problem has become an obvious obstacle to the development of hydraulic technology of machine tools to a higher level， the importance of solving this problem has been increasing. This paper mainly analyzes the related content of hydraulic transmission noise of machine tools， mainly analyzes the causes of noise and solutions.

Key Words： Machine tool hydraulic; Hydraulic transmission; Noise analysis; Control measures

機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的產(chǎn)生，并不只是噪聲這樣簡(jiǎn)單，它的產(chǎn)生原因可能涉及機(jī)理異變、零件損壞、運(yùn)轉(zhuǎn)不暢等問(wèn)題，容易造成工件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，設(shè)備故障率提高和使用壽命降低等問(wèn)題。為此，對(duì)于機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲振動(dòng)的解決，有利于提高機(jī)床加工性能，避免共振產(chǎn)生的誤差，從而提高生產(chǎn)質(zhì)量和機(jī)床液壓發(fā)展的整體水平。

1? 機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲分析

機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的出現(xiàn)多數(shù)情況下與空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)有關(guān)，當(dāng)空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)當(dāng)中后，會(huì)占據(jù)大體積的低壓區(qū)，而當(dāng)空氣流向高壓區(qū)后，會(huì)產(chǎn)生壓縮，壓縮所帶來(lái)的體積突然變小，而當(dāng)空氣流向低壓區(qū)后，會(huì)產(chǎn)生增大，這樣的體積的突然變化，會(huì)造成空氣的爆炸情況，從而出現(xiàn)噪聲。

機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲主要包括泵和馬達(dá)的噪聲、閥門(mén)的噪聲、管路的噪聲和油箱噪聲。具體分析如下。

1.1 泵和馬達(dá)的噪聲

泵和馬達(dá)的噪聲是機(jī)床液壓中最大噪聲的來(lái)源，造成泵和馬達(dá)出現(xiàn)噪聲的直接因素包括轉(zhuǎn)速、壓力和設(shè)備排量等，其中轉(zhuǎn)速是直接相關(guān)的因素，轉(zhuǎn)速越大，噪聲越大。為此，要想控制泵和馬達(dá)的噪聲問(wèn)題，降低轉(zhuǎn)速是較為有效的方式方法。

在泵和馬達(dá)所產(chǎn)生的噪聲當(dāng)中，較為常見(jiàn)的是脈沖、振動(dòng)和可聞這3種噪聲類(lèi)型。其中脈沖噪聲產(chǎn)生的傳遞介質(zhì)為流體，振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的傳遞介質(zhì)為設(shè)備結(jié)構(gòu)，而可聞噪聲產(chǎn)生的傳遞介質(zhì)則為空氣，在一定程度上，可聞噪聲是脈沖噪聲和振動(dòng)噪聲共同作用的產(chǎn)物，本身在機(jī)床液壓設(shè)備當(dāng)中，可聞噪聲的分貝極為有限，但是當(dāng)產(chǎn)生脈沖噪聲和振動(dòng)噪聲后，二者會(huì)將可聞噪聲放大到千倍以上，并且會(huì)將噪聲釋放的能量轉(zhuǎn)移到機(jī)床液壓傳動(dòng)設(shè)備之上，對(duì)機(jī)床液壓傳動(dòng)設(shè)備造成一定的影響。

泵和馬達(dá)噪聲產(chǎn)生的原因還包括工作腔內(nèi)油壓和壓油腔工作會(huì)有周期的變化，周期變化會(huì)產(chǎn)生有規(guī)律的振動(dòng)力，這樣的振動(dòng)力會(huì)使得零部件、管路等產(chǎn)生共振而引發(fā)噪聲。不僅如此，機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中的油液黏度過(guò)高會(huì)使得管道阻力增大，從而使得供油不足，引發(fā)氣蝕、空穴等問(wèn)題，由此會(huì)引發(fā)不同頻噪聲。

泵和馬達(dá)噪聲產(chǎn)生的原因還有可能是機(jī)械原因造成，比如齒輪、馬達(dá)咬合時(shí)發(fā)出的聲音，這種噪聲的產(chǎn)生在很大程度上反映出了機(jī)床液壓傳動(dòng)設(shè)備的負(fù)荷、轉(zhuǎn)速、磨損度和粗糙程度等有所增加，已經(jīng)到達(dá)一定的極限，需要進(jìn)行保養(yǎng)或者更換，這類(lèi)噪聲如果長(zhǎng)此下去，會(huì)造成機(jī)床液壓傳動(dòng)的齒形誤差、周期偏差、軸線(xiàn)交錯(cuò)等問(wèn)題。

1.2 閥門(mén)的噪聲

閥門(mén)在機(jī)床液壓傳動(dòng)設(shè)備當(dāng)中主要被用來(lái)控制流體的流動(dòng)，比如節(jié)流閥門(mén)和溢流閥門(mén)，當(dāng)流體經(jīng)過(guò)時(shí)由于壓力的變化就會(huì)產(chǎn)生明顯的噪聲，主要是嘶叫和嘯叫兩種聲音。嘶叫聲的產(chǎn)生，是因?yàn)榱黧w流經(jīng)閥門(mén)所造成的壓力變化具有不平衡性，當(dāng)流體中的氣泡因受力不均爆裂時(shí)就會(huì)產(chǎn)生嘶叫。而嘯叫聲出現(xiàn)的主要原因是元件的老損問(wèn)題，元件老損易引發(fā)共振，共振就會(huì)產(chǎn)生嘯叫。

1.3 管路的噪聲

管路噪聲的出現(xiàn)，與液壓泵和馬達(dá)中流體具有周期性脈沖振動(dòng)密切相關(guān)，液壓泵和馬達(dá)中流體的周期性脈沖振動(dòng)也會(huì)造成液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中元件與管路發(fā)生脈沖振動(dòng)。在管路振動(dòng)頻率和機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的固定頻率無(wú)限接近時(shí)，會(huì)由于同頻共振產(chǎn)生更大的噪聲，更甚者會(huì)造成管路和設(shè)備的損壞，進(jìn)而引發(fā)生產(chǎn)事故。

1.4 油箱的噪聲

油箱噪聲的出現(xiàn)，主要是受到其他設(shè)備裝置的激發(fā)，具有輻射面積較大的特點(diǎn)。由于油箱在安裝時(shí)，多于液壓泵或者電機(jī)等高振設(shè)備固定在一起，這就使得液壓泵或電機(jī)等高振設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)油箱產(chǎn)生共振，由此產(chǎn)生較大的噪聲。

2? 機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲控制

要想做好機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的控制，需要細(xì)致地對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)、聲學(xué)原理及機(jī)床使用方法等方面進(jìn)行綜合分析，只有從基本機(jī)理上進(jìn)行噪聲的控制，才能實(shí)現(xiàn)有效控制。具體在進(jìn)行機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲控制時(shí)，還是要堅(jiān)持具體問(wèn)題具體分析，結(jié)合科學(xué)方法與工作經(jīng)驗(yàn)。

現(xiàn)階段，機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的控制方法，主要是控制流體噪聲和機(jī)械噪聲，具體主要包括機(jī)械減振、高背壓消聲、消除機(jī)床液壓油中的空氣含量、管路防振等。具體分析如下。

2.1 機(jī)械減振

機(jī)械減振的原理就是在機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中構(gòu)建一個(gè)彈性系統(tǒng)，主要是將機(jī)床液壓傳動(dòng)泵與彈性文座固定，以構(gòu)建一個(gè)自然頻率獨(dú)特的彈性系統(tǒng)。當(dāng)這個(gè)彈性系統(tǒng)的自然頻率比外界頻率低時(shí)，就會(huì)有一部分的振動(dòng)被傳遞至文座上以實(shí)現(xiàn)隔振。而且，隔振的效果會(huì)受到自然頻率的影響，自然頻率比外界施加頻率相比越低，振動(dòng)被傳遞的越少，從而使得隔振的效果提高。

2.2 高背壓消聲

高背壓消聲主要被用來(lái)消除閥門(mén)的嘶叫聲，但是由于在高背壓狀態(tài)下閥門(mén)無(wú)法進(jìn)行正常工作，所以這種高背壓消聲的方法只適用于高噪聲標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)所，主要是安裝無(wú)泡閥門(mén)進(jìn)行消聲，但是這種閥門(mén)的造價(jià)較高，安裝成本較高。

2.3 消除機(jī)床液壓油中的空氣含量

消除或者降低機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中液壓油的空氣含量是降低機(jī)床液壓泵噪聲的最有效方法之一。主要是因?yàn)橐簤河椭械目諝夂恐苯佑绊懙綑C(jī)床液壓泵的噪聲。通常情況下，0.1%容積的液壓油中的空氣就會(huì)使得機(jī)床液壓泵的噪聲增大，而1%容積的液壓油中的空氣就會(huì)使得機(jī)床液壓泵的噪聲控制失效，使噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于機(jī)械傳動(dòng)造成的噪聲。

一般情況下，消除機(jī)床液壓油中空氣含量的做法主要包括以下幾項(xiàng)。

（1）油箱高于機(jī)床液壓泵放置，以防止空氣混入液壓油中。

（2）減少管路的接頭數(shù)量，縮短并加粗液壓油吸入口管路，以此降低空氣混入液壓油中的可能性。

（3）將油箱改造成液壓油面以上空間可滿(mǎn)足油泵2min排量的樣式，以此消除回油動(dòng)作發(fā)生時(shí)所帶入的空氣。

（4）通過(guò)在油箱合適位置安裝擋板以延長(zhǎng)回油流動(dòng)距離，以此來(lái)創(chuàng)造時(shí)間，讓回油中的空氣跑出。

2.4 管路防振

管路防振是消除管路噪聲的有效方法，具有科學(xué)性與合理性，適用性較強(qiáng)。一般情況下，管路防振的方法主要是選用軟管作為管路連接的配件，并用撓性連接的方法進(jìn)行連接。

不僅如此，在使用軟管時(shí)，要盡量使用短軟管進(jìn)行布置連接，這有利于發(fā)揮軟管良好聲音發(fā)射體的優(yōu)勢(shì)。如果是進(jìn)行長(zhǎng)管路的安裝連接，那么軟管與軟管之間多使用鋼管進(jìn)行連接。當(dāng)然，僅僅使用軟管還無(wú)法百分百地實(shí)現(xiàn)管路的防振效果，還需要配合以管路的彈性安裝，這樣在很大程度上也能使得振動(dòng)和空氣噪聲的傳遞有效減少。

在管路的空間布置問(wèn)題上，管路的長(zhǎng)度要適宜，這一點(diǎn)非常重要，直接決定了管路防振的效果，長(zhǎng)度不宜，容易造成共振，產(chǎn)生不良影響。另外，阻尼材料的使用也可以有效實(shí)現(xiàn)管路的防振，而且涂抹阻尼材料的管路防振效果往往更佳。

在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，也可以利用液壓集成塊來(lái)代替管路，以此實(shí)現(xiàn)管路防振的目的。

管路防振的方法還有很多，諸如增加管路直徑、降低管路內(nèi)液壓油流速等，都可以達(dá)到管路防振，降低噪聲的效果。

3? 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在機(jī)床液壓傳動(dòng)廣泛應(yīng)用的今天，對(duì)于機(jī)床液壓傳動(dòng)噪聲的分析研究水平不斷提高，控制噪聲的方法不斷豐富，而且控制噪聲方法的科技性和有效性正在逐步提高。如果從源頭處解決機(jī)床液壓傳動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲，從而提高設(shè)備工作的效果和工件產(chǎn)出的質(zhì)量，這是機(jī)床液壓傳動(dòng)系統(tǒng)研究者所關(guān)注并重視的研究話(huà)題，對(duì)這一問(wèn)題的有效研究，有利于推動(dòng)我國(guó)的機(jī)床液壓傳動(dòng)向更高水平發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 張亮，王會(huì)，辛治宏.機(jī)床液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障及使用維護(hù)方法分析[J].世界有色金屬，2020（3）：209，211.

[2] 劉茜，史聰靈，伍彬彬，等.某大型機(jī)加車(chē)間數(shù)控機(jī)床噪聲暴露特點(diǎn)與分析研究[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2019（5）：161-166.

[3] 趙雅蕓.機(jī)床液壓系統(tǒng)常見(jiàn)故障及使用維護(hù)方法分析[J].南方農(nóng)機(jī)，2019（24）：156.

[4] 李成平.液壓設(shè)備的噪聲分析與控制措施研究[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（13）：72.

[5] 佟琨.數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)振動(dòng)與噪聲的防治及改進(jìn)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2017（3）：51-52.

[6] 曾愛(ài)平，李志宏.基于振動(dòng)頻譜的機(jī)床異常噪聲診斷分析[J].機(jī)電工程技術(shù)，2017（7）：40-42.

[7] 陳立貴，郭艷，劉鯤.基于數(shù)控機(jī)床的噪聲不確定度評(píng)定[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2017（52）：7-8.

[8] 董堯.數(shù)控機(jī)床典型電氣故障診斷與維修[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（11）：24-26.

[9] 李增彬，張善晶.數(shù)控機(jī)床故障診斷與維修[J].速讀，2016（2）：347-348.

[10] 卜慶鋒.機(jī)床液壓傳動(dòng)與控制[J].裝備制造技術(shù)，2016（11）：84-85，90.