第3章液压系统的振动

第3章液压系统的振动、噪声诊断与排除液压设备在运行时产生的振动、噪声超过了正常状态，表明系统存在异常。振动、噪声的诊断与排除是液压技术中较复杂的问题。第1节液压系统的振动与噪声的来源液压系统的振动噪声分为机械振动噪声和流体振动噪声。～1．机械振动噪声机械振动噪声是由于零件之间发生接触、冲击和振动引起的。例如，液压系统中的电动机、液压泵和液压马达这些高速回转体，如果转动部分不平衡会产生周期性的不平衡离心力，引起转轴的弯曲振动，因而产生噪声。电动机噪声除机械噪声外，还有通风噪声(如冷却风扇声和风声)和电磁噪声(电动机通电后的电磁噪声和蝉鸣声)。当电动机和液压泵不同轴以致联轴器偏斜也会引起振动噪声。齿轮泵工作时，齿轮啮合的频率、齿轮啮合受到圆周方向的强制力引起圆周方向的振动，而轮齿啮合产生圆周方向的振动使齿面受到动载荷而引起轴向振动(产生径向方向的振动的同时产生轴向振动)，从而产生噪声。滚动轴承中滚动体在滚道中滚动时产生交变力而引起轴承环固有振动形成的噪声；滚动体移动引起噪声；滚动体和滚道之间的弹性接触引起噪声；滚道中的加工波纹使轴承处于偏心转动引起噪声；滚动体中进入灰尘或有伤痕或锈蚀时发出噪声。液压零件频繁接触而引起噪声，电磁铁的吸合产生峰鸣声、换向阀阀心移动时发出冲击声、溢流阀在泄压时阀心产生高频振动声。油箱噪声。油箱本身并不发出噪声，但如果液压泵和电动机直接装在油箱上，它们的振动引起油箱产生共振，会使噪声进一步扩大。2．流体振动噪声流体噪声由油液的流速、压力的突然变化及气穴爆炸等引起。在液压系统中，液压泵是主要噪声源，其噪声量约占整个系统噪声的75％左右，主要由泵的压力和流量的周期性变化以及气穴现象引起。在液压泵吸油和压油循环中，产生周期性的压力和流量变化形成压力脉动，引起液压振动，并经出口向整个液压系统传播，液压回路的管道和阀类将液压泵的脉动液压油压力反射，在回路中产生波动而使液压泵共振，以致重新使回路受到激振，发出噪声。从阀里喷出的高压流体，在喷流和周围流体之间产生剪切流、紊流或涡流，由此产生高频噪声(涡流一般从阀开始，一直遍布到最下边的液流)。在流动的液体中，由于流速变化引起压力降而产生气泡(即气穴现象)，这是因为在油液中，一般都混入少量的空气，其中一部分溶解在油中，也有一部分在油中成为微小的气泡；当油液流经管路或元件特别狭窄地方时，速度急剧上升，压力迅速下降，当压力低于工作温度下油液的气体分离压力时，溶解予油中舶气体迅速地大量分离出来，油液中出现大量气泡；当气泡随液流到达压力较高部分时，气泡被压缩而导致体积较小，此时在气泡内蓄存了一定的能量，当压力增大到某一数值时，气泡溃灭，产生局部的液压冲击(局部压力可达几百个大气压)，同时产生爆炸性噪声。在管路内流动的液体常因突然关闭阀门而在管内形成一个很高的压力峰值。液压冲击不仅引起巨大的振动和噪声，压力峰值有时还大到足以使液压系统损坏的程度。3．液压泵和液压马达的振动与噪声液压泵有多种振动与噪声，其原因与机理差异很失。如液压泵的运动件磨损，轴向、径向间隙过大，会引起压力与流量的脉动，同时使噪声增大。液压泵的压力波动也会使阀件产生共振，因而增大噪声。控制阀节流开口小，流速高，易产生涡流，有时阀心迫击阀座，同样会加大振动。产生这种现象时，可用小规格的控制阀来替换，或将节流口开大。另外，油的粘度太高，吸油过滤器阻塞或油面过低，引起泵吸油困难，产生气穴，引起严重的噪声。在电网中，电网的电压、负载发生变化，本身的压力波动和流量脉动等，均能引发液压泵的噪声和振动。电网的电压波动会引起液压泵的流量脉动，致使泵的出口及管路压力波动，这是外因引起的流量与压力波动所产生的流体噪声。要使液压泵的噪声最低，电网容量要足够大；在选择液压泵时，一在保证所需的功率和流量的前提下，尽量选转速低的液压泵；也可选用复合泵，提高溢流阀的灵敏度，增设卸荷回路等来降低噪声。由于因油区的压力冲击，液压泵也可产生流体噪声。轴向柱塞泵由于油污染吸油不畅，引起滑靴与斜盘干摩擦，发出尖厉的声响。柱塞泵的柱塞卡死或移动不灵活也会引起振动。叶片泵转子断裂，叶片卡死，从而引起压力波动及噪声。，当油泵中有漏油现象时，齿轮油泵齿形的误差较大会导致振动。一般情况下，齿轮泵与轴向柱塞泵的噪声比叶片泵大得多。液压马达的振动与噪声主要有下列几种情形：轴承及零件部件磨损；液压马达传动轴与负载传动轴联接不同轴；轴向柱塞式液压马达因结构原因产生脱缸与撞击。4．溢流阀的振动与噪声在各类阀中，溢流阀的噪声最为突出。在大型溢流阀上，症状尤其明显。主要的振动与噪声原因是阀座损坏，阀心与阀孔配合间隙过大，阀心因内部磨损、卡滞等引起的动作不灵活造成。溢流阀调压手轮松动也会导致振动。压力曲调压手轮调定后，如松动则压力会产生变化，并引起噪声，所以压力调定后手轮要用锁紧螺母锁牢。调压弹簧弯曲变形也可能引起噪声，那是由于弹簧刚度不够，当其振动频率与系统频率接近或相同时，就产生共振，解决办法是更换弹簧。阀的不稳定振动会引起压力脉动而造成噪声，如先导式溢流阀，在工作中先导阀处于不稳定高频振动状态时产生的噪声。溢流阀也可能由于谐振而产生严重的噪声及压力波动。以37下是溢流阀引起振动与噪声的实例。液压系统如图3—1所示。其故障症状：当电液比例阀未通电，H02与H03电磁铁同时通电，系统出现严重的噪声及压力波动。但H02或H03一个电磁铁通电时却没有这种现象。显然，振动与噪声来自溢流阀。由于溢流阀是在液压力和弹簧力的相互作用下进行的，所以极易激起振动而发生噪声。对于这个系统，双泵输出的压力油经单向阀合流，进而发生流体冲击与波动，引起流体振荡，从而导致液压泵输出压力不稳定。又由于泵输出的压力油本身又是脉动的，因此，泵输出的压力油波动加剧，更激起溢流阀振动。两个溢流阀结构相同，固有频率也相同，便引起溢流阀共振，发出了异常噪声。将溢流阀HD03压力调低至15MPa，症状消失。此时，两溢流阀调出的压力不等，比例阀H08未打开，HR03也不会打开，两泵输出的压力油分别经各自的溢流阀回油箱，就不至因合流而发生共振了。5．其他原因造成的振动与噪声及预防(1)阀类元件引起的振动与噪声。（1)油中杂质把阀阻尼孔堵塞，阀中弹簧疲劳或损坏，杂质过多使阀心移动不灵活等都会引起振动与噪声。t2)阀心与阀体配合不好或表面拉毛，使配合间隙过松，内泄漏严重，易产生噪声振动；过紧的阀心使移动困难，也会产生振动噪声。因此，装配时要掌握合适的间隙，以阀心在阀孔内可以自由移动但不松、不涩为度。3)换向阀换向时产生噪声。①快速换向，引起压力冲击，产生波及到管道的机械振动；②换向阀铁心与衔铁杆吸合端面有污物，吸合不良；③换向阀铁心与衔铁杆吸合端面凸凹不平，吸合不良；④衔铁杆过长或过短。解决方法：避免或减少快速换向，清洁换向阀铁心与衔铁杆吸合端面，改善端面平整赛，校正衔铁杆长度。．4)电磁铁的振动与噪声，电磁铁因阀心卡滞，电信号断断续续，电磁阎两个电磁铁同时通电而产生明显的振动与噪声。5)控制阀的气穴作用会产生流体噪声。解决这类噪声的办法，是提高节流口下游侧的背压，使其高于空气分离压力的界值，可用多节减压的办法防止气穴现象的发生。6)控制元件之间连接松动，也能引起噪声和振动。(2)管道的振动与噪声各类刚性管道，因安装不牢靠，或过长的管道没有合适的支承座，会产生明显的振动与噪声，且系统压力越高，问题越严重。由于谐振，管网有时会产生严重的破坏性剧烈振动。液压泵产生的流量脉动经过管路的作用，形成压力脉动，流体的振动通过管路还会传至系统。随着流体动力技术向着高压、大流量和大功率方向发展，由动力源产生的流量压力脉动和由此诱发的管道振动和噪声问题也就越来越突出。近年来由于管道振动造成的泄漏和爆炸事件时有发生。(3)液压系统中混入空气而产生振动与噪声在大气压下的液压油中一般溶解了5％～6％的空气，而且气体在油液中的溶解度与压力成正比。当油箱中油位过低、吸油管浸入油中太短，在吸油口附近形成的旋涡会使空气吸入油泵；吸油管和回油管在油箱中没有用隔板隔开或相距太近，回油飞溅、搅成泡沫使空气吸人油泵；回油管没有浸人最低油面以下，回油冲击在油面与箱壁上，在油面上产生大量气泡，使空气与油一起吸入系统；由于密封不严、配管接头不严，在系统中低于大气压的部位吸入系统，如油泵的吸油腔、吸油管、压油管中流速高(压力低)的局部区域，停车以后回油腔的油经回油管返回油箱时形成局部真空的地方。为了防止以上现象，应采取以下几种措施：①油箱设计要合理，容积要足够大，可采用设有隔板的长油箱，分成回油箱和吸油箱。②油箱中的油液要加到规定的高度，一般油面高度为油箱高度的0．8倍。③吸油管一定深入油池3／5深度，吸油管的管口应切成45。角，以防止脏物的吸人，距油箱底部的距离要大于2倍管径，以便流油畅通。④加油管管口必须浸入油面之下，以免油液飞溅而混入空气引起噪声和振动。⑤各接头要严格密封，防止泵内短时吸进空气。(4)装配、操作与维修不当产生振动与噪声①油泵内零件损坏严重，装配松动或零件装错，引起油泵噪声过大。解决方法：立即停车，解体检查校正或更换有关零件。②零件的光滑程度，零件外部的几何形状不规则，或有毛刺，或接合面平整度不合要求等原因，会造成元件间的密封不良，混入空气，产生空气噪声。如有此种情况只能更换零配件。③如长时间不开机，在突然开机时产生的噪声和振动。在日常工作中按工作要求则能避免。工作要求：长时间不开机，在开机时应对液压泵注满清洁的液压油(从回油孔注入)，平时最好每周开机一次。第2节振动与噪声的防治与改进措施1．改进液压装置的安装方式(1)正确安装液压泵安装液压泵与电动机时，要注意将同轴度误差控制在0．02ram以内，并采用柔性联轴器。回转部分要做动平衡。如果泵与电动机装在油箱盖上，则泵一电动机与油箱盖之间应加防振橡胶垫和吸声材料。如有可能，应尽量减小泵的吸油高度和吸油过滤器的密度。‘(2)正确安装管道-‘1)较好的防振措施是在硬管的两端用软管相连。管道应尽量短一些，对长管道要注意设置足够的隔振支撑点；保证管道有足够的刚性，防止管道共振。2)管道与泵、阀、中介法兰等位置正确，连接处密封良好，以免吸回油管道中混入空气产生噪声和振动。，3)管道弯曲角度应小于30。，弯头曲率半径应大于管道直径的五倍。2．改进液压系统的结构(1)采用低噪声的液压元件老式液压泵噪声大，可用新型液压泵取而代之。柱塞泵与齿轮泵的振动与噪声比叶片泵要大，但叶片泵没有柱塞泵那么高的额定压力，新型叶片泵的额定压力有很大改进，达20MPa，用叶片泵取代柱塞泵也是降低振动与噪声的一种途径。(2)减少液压泵的数量液压泵少了，振源就少了，噪声也就降低了。老式液压系统采用多个液压泵来调节系统的流量与压力。新式液压系统采用比例阀调整系统压力和流量，可减少液压泵的数量。(3)在系统中设蓄能器液压系统的压力脉动引起的严重的噪声，可在系统中通过并联蓄能器吸收压力脉动消除。这种蓄能器容量不大，但要求惯性小反应灵敏。蓄能器的固有频率在几十赫兹以内，用于吸收低频压力脉动比较有效。某造波机液压系统如图3—2所示，这是一个长管道液压系统。在调试过程中，系统管道曾产生强烈的振动与噪声，后来在发出噪声的回油管道上安装了一个小型蓄能器(6．3L以下)，显著降低了噪声。这是由于伺服阀开关回油管路时，阀后回油管路产生大幅值压力脉动，其压力变化率dp／dt也相当大，由此引起振动与噪声。在这里装上蓄能器，可有效吸收压力脉动，从而减少了振动并降低噪声。(4)在系统中设消振器和滤波器对于高频振动与噪声，可通过设消振器和滤波器予以消除。消振器有多种型式。图3—3是高频压力振动可调消振器。在圆柱壳体1内切有螺旋槽，将车有外螺纹的管子2拧人其中。转动管子2，使其沿壳体轴向移动。脉动的液体通过管子及壳体左端的侧孔进入消声器。此两路流体又在壳体面右端以一定的振动相位差汇集起来，由此抑制振动与噪声。通过旋转管子2可调整需要消振的振动频率。图3．4是微穿孑L液压消振器。这种消振器由壳体1、微穿孔2和端盖3组成。微穿孔管与管后的容腔组成微穿孔吸声结构。