連鑄小方坯液壓剪切機(jī)液壓系統(tǒng),連鑄小方坯,液壓,剪切,系統(tǒng) 建 材 與 裝 飾 2 0 0 8 年 2 月 下 旬 刊 工 程 機(jī) 械 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 危 害 及 控 制 周 春 華 （ 深 圳 市 長 筑 路 橋 工 程 有 限 公 司 ） 隨 著 液 壓 傳 動(dòng) 和 液 力 傳 動(dòng) 技 術(shù) 在 工 程 機(jī) 械 上 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 對 液 壓 系 統(tǒng) 的 性 能 提 出 了 愈 來 愈 高 的 要 求 。 提 高 工 程 機(jī) 械 液 壓 系 統(tǒng) 的 工 作 可 靠 性 和 使 用 壽 命 愈 來 愈 引 起 人 們 的 關(guān) 注 。 大 量 事 實(shí) 表 明 ， 工 程 機(jī) 械 的 故 障 和 工 作 可 靠 性 與 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 狀 況 有 著 極 為 密 切 的 關(guān) 系 。 1 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 危 害 液 壓 系 統(tǒng) 受 到 污 染 ， 輕 則 影 響 系 統(tǒng) 的 性 能 和 工 作 可 靠 性 ， 重 則 損 壞 機(jī) 件 以 至 系 統(tǒng) 失 靈 ， 導(dǎo) 致 液 壓 元 件 或 液 壓 系 統(tǒng) 不 能 工 作 。 研 究 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 危 害 ， 首 先 應(yīng) 分 析 污 染 物 的 成 分 ， 污 染 的 途 徑 以 及 受 污 染 后 的 危 害 。 1 . 1 污 染 物 的 成 分 侵 入 液 壓 系 統(tǒng) 的 污 染 雜 質(zhì) 有 很 多 種 類 。 檢 測 結(jié) 果 表 明 ， 對 液 壓 系 統(tǒng) 危 害 較 大 的 主 要 有 三 種 類 型 的 雜 質(zhì) 。 （ 1 ） 固 體 顆 粒 狀 雜 質(zhì) 。 如 金 屬 碎 屑 ， 沙 粒 ， 焊 渣 ， 密 封 材 料 碎 渣 ， 油 漆 ， 包 裝 材 料 碎 片 等 。 （ 2 ） 液 體 狀 雜 質(zhì) 。 主 要 是 水 分 和 其 它 不 符 合 使 用 要 求 的 油 液 。 （ 3 ） 氣 體 雜 質(zhì) 。 主 要 是 空 氣 和 油 液 本 身 受 到 沖 擊 而 產(chǎn) 生 的 氣 泡 。 1 . 2 污 染 雜 質(zhì) 的 來 源 液 壓 系 統(tǒng) 除 油 箱 與 大 氣 連 通 外 ， 基 本 上 是 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 。 那 么 ， 污 染 雜 質(zhì) 是 通 過 什 么 途 徑 侵 入 到 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 的 呢 ？ 下 面 對 三 種 類 型 的 雜 質(zhì) 分 別 進(jìn) 行 分 析 。 1 . 2 . 1 固 體 顆 粒 狀 雜 質(zhì) 的 來 源 系 統(tǒng) 內(nèi) 的 顆 粒 雜 質(zhì) 來 源 有 兩 條 途 徑 ： （ 1 ） 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 。 ① 系 統(tǒng) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 過 程 中 不 斷 產(chǎn) 生 金 屬 和 密 封 材 料 的 磨 屑 顆 粒 、 過 濾 材 料 脫 落 的 顆 粒 或 纖 維 。 ② 油 箱 中 剝 落 的 油 漆 ， 銹 斑 。 ③ 氣 蝕 現(xiàn) 象 剝 落 的 金 屬 碎 片 。 ④ 液 壓 油 因 高 溫 變 質(zhì) 而 生 成 的 焦 油 ， 膠 質(zhì) 和 油 渣 等 。 （ 2 ） 系 統(tǒng) 外 部 侵 入 。 一 般 而 言 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 部 產(chǎn) 生 的 雜 質(zhì) 相 對 較 少 ， 大 部 分 都 是 由 外 部 侵 入 的 。 ① 從 油 箱 的 換 氣 孔 侵 入 。 因 為 換 氣 孔 與 大 氣 連 通 ， 粉 塵 微 粒 隨 空 氣 進(jìn) 入 油 箱 中 。 ② 預(yù) 留 孔 口 和 元 件 連 接 處 密 封 不 嚴(yán) ， 微 粒 隨 空 氣 一 起 被 吸 入 。 ③ 活 塞 桿 在 伸 縮 過 程 中 粘 帶 。 ④ 液 壓 油 本 身 帶 有 雜 質(zhì) 。 ⑤ 設(shè) 備 在 制 造 裝 配 過 程 和 維 修 組 裝 過 程 中 ， 由 于 沒 有 徹 底 清 除 干 凈 ， 焊 渣 ， 鐵 屑 ， 沙 粒 等 雜 質(zhì) 滯 留 在 管 道 內(nèi) 。 ⑥ 在 換 油 時(shí) ， 加 注 工 具 沒 有 經(jīng) 過 清 潔 處 理 ， 污 染 物 隨 油 液 一 起 進(jìn) 入 系 統(tǒng) 。 1 . 2 . 2 液 體 雜 質(zhì) 的 來 源 液 體 雜 質(zhì) 主 要 是 水 分 ， 其 它 液 體 污 染 的 概 率 很 小 ， 一 般 是 意 外 事 故 ， 這 里 不 作 探 討 。 只 對 水 分 的 來 源 進(jìn) 行 分 析 。 （ 1 ） 空 氣 中 的 水 汽 。 油 箱 液 面 與 大 氣 接 觸 ， 大 氣 中 的 水 汽 含 量 是 動(dòng) 態(tài) 的 ， 隨 氣 溫 ， 氣 壓 的 變 化 而 變 化 。 當(dāng) 空 氣 中 的 水 蒸 氣 達(dá) 到 霧 點(diǎn) ， 形 成 水 滴 ， 隨 液 壓 油 流 至 液 壓 系 統(tǒng) 的 各 個(gè) 部 位 。 （ 2 ） 系 統(tǒng) 密 封 不 良 ， 水 分 直 接 滲 入 。 油 箱 蓋 密 封 不 嚴(yán) ， 雨 水 漏 入 ； 水 冷 系 統(tǒng) 的 滲 漏 或 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 欠 缺 ， 易 使 水 分 滲 入 ； 安 裝 在 油 箱 中 的 冷 卻 盤 管 或 擋 板 由 于 腐 蝕 ， 碰 撞 等 原 因 造 成 破 損 時(shí) ， 水 可 直 接 進(jìn) 入 液 壓 油 箱 。 1 . 2 . 3 氣 體 雜 質(zhì) 的 來 源 氣 體 主 要 指 空 氣 。 空 氣 混 入 液 壓 系 統(tǒng) 的 途 徑 有 很 多 。 其 中 主 要 有 ： （ 1 ） 由 于 油 箱 液 面 過 低 ， 吸 油 口 直 接 吸 入 空 氣 。 （ 2 ） 預(yù) 留 孔 口 和 元 件 連 接 處 密 封 不 嚴(yán) 。 空 氣 容 易 進(jìn) 入 。 （ 3 ） 回 油 管 路 帶 入 。 （ 4 ） 油 液 受 到 沖 擊 時(shí) 產(chǎn) 生 的 氣 泡 。 1 . 3 污 染 的 危 害 研 究 污 染 雜 質(zhì) 對 液 壓 系 統(tǒng) 元 件 的 磨 損 ， 損 壞 狀 況 ， 是 掌 握 液 壓 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 故 障 原 因 的 關(guān) 鍵 所 在 。 液 壓 系 統(tǒng) 除 了 由 于 設(shè) 計(jì) ， 制 造 ， 安 裝 ， 調(diào) 試 不 當(dāng) 而 產(chǎn) 生 的 故 障 外 ， 其 余 基 本 上 是 在 使 用 和 維 修 過 程 中 ， 由 于 污 染 雜 質(zhì) 侵 入 而 造 成 的 。 隨 著 液 壓 技 術(shù) 的 發(fā) 展 和 加 工 工 藝 的 不 斷 提 高 ， 前 者 引 發(fā) 故 障 的 概 率 愈 來 愈 低 ， 而 后 者 由 于 人 們 的 認(rèn) 識 不 足 和 使 用 單 位 管 理 水 平 跟 不 上 ， 由 此 引 起 的 故 障 愈 來 愈 多 。 污 染 雜 質(zhì) 侵 入 液 壓 系 統(tǒng) 帶 來 的 危 害 主 要 表 現(xiàn) 在 如 下 幾 方 面 ： （ 1 ） 固 體 雜 質(zhì) 對 活 塞 桿 ， 密 封 圈 等 元 件 的 磨 損 和 損 壞 。 （ 2 ） 固 體 雜 質(zhì) 淤 積 在 管 路 底 部 或 彎 頭 處 ， 造 成 管 道 截 面 積 減 少 ， 系 統(tǒng) 內(nèi) 局 部 壓 力 增 大 ， 容 易 發(fā) 生 接 口 滲 漏 或 管 道 破 裂 。 （ 3 ） 固 體 雜 質(zhì) 淤 積 在 密 封 圈 唇 部 ， 引 起 密 封 不 良 ， 降 低 密 封 性 質(zhì) 。 （ 4 ） 空 氣 和 水 分 使 液 壓 油 的 潤 滑 性 能 和 防 銹 性 能 降 低 。 （ 5 ） 空 氣 和 水 分 加 速 液 壓 油 的 氧 化 變 質(zhì) ， 使 液 壓 油 的 粘 度 降 低 。 （ 6 ） 氣 體 使 液 壓 泵 工 作 時(shí) 發(fā) 出 異 常 噪 聲 。 （ 7 ） 氣 體 產(chǎn) 生 氣 蝕 作 用 ， 使 元 件 受 到 破 壞 。 （ 8 ） 氣 體 引 起 工 作 機(jī) 構(gòu) 出 現(xiàn) 爬 行 和 抖 動(dòng) 現(xiàn) 象 。 （ 9 ） 氣 體 增 多 ， 會 導(dǎo) 致 液 壓 泵 的 容 積 效 率 下 降 ， 能 量 損 失 增 多 ， 使 液 壓 系 統(tǒng) 不 能 發(fā) 揮 應(yīng) 有 的 效 能 。 （ 1 0 ） 氣 體 降 低 液 壓 系 統(tǒng) 的 傳 動(dòng) 剛 度 和 精 度 。 2 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 控 制 分 析 表 明 ， 污 染 是 不 可 避 免 的 ， 但 可 采 取 一 些 預(yù) 防 控 制 措 施 ， 工 藝 與 設(shè) 備 · 1 4 7 · 建 材 與 裝 飾 2 0 0 8 年 2 月 下 旬 刊 降 低 污 染 的 程 度 和 延 緩 污 染 的 速 度 。 2 . 1 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 控 制 的 必 要 性 據(jù) 有 關(guān) 工 程 機(jī) 械 故 障 分 析 顯 示 ： 液 壓 設(shè) 備 故 障 占 整 個(gè) 設(shè) 備 總 故 障 的 3 0 % ， 而 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 引 起 的 故 障 占 液 壓 系 統(tǒng) 故 障 的 7 0 % ~ 8 0 % 。 由 此 可 見 ， 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 問 題 還 沒 有 得 到 有 效 控 制 。 我 國 機(jī) 械 行 業(yè) 雖 然 以 2 0 世 紀(jì) 8 0 年 代 逐 步 采 取 了 各 項(xiàng) 控 制 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 措 施 ， 但 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 控 制 技 術(shù) 與 國 外 發(fā) 達(dá) 國 家 相 比 仍 有 相 當(dāng) 大 的 差 距 。 因 此 ， 分 析 研 究 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 產(chǎn) 生 的 原 因 ， 尋 求 解 決 和 控 制 的 方 法 ， 對 確 保 工 程 機(jī) 械 的 正 常 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 提 高 工 作 可 靠 性 ， 延 長 使 用 壽 命 具 有 重 大 意 義 。 2 . 2 簡 易 測 定 液 壓 油 污 染 變 質(zhì) 的 方 法 在 科 研 單 位 或 實(shí) 驗(yàn) 室 里 ， 檢 測 油 液 污 染 變 質(zhì) 有 很 多 科 學(xué) 的 ， 可 靠 的 方 法 。 例 如 定 性 、 定 量 分 析 法 ； 過 濾 稱 重 法 ； 顆 粒 計(jì) 數(shù) 法 等 。 但 是 施 工 單 位 不 具 備 這 樣 的 檢 測 條 件 ， 只 能 憑 經(jīng) 驗(yàn) 目 測 評 定 ， 或 采 用 一 些 簡 易 方 法 測 評 油 液 的 污 染 程 度 ， 并 據(jù) 此 決 定 是 否 更 換 液 壓 油 。 （ 1 ） 對 固 體 和 液 體 污 染 物 的 測 定 。 常 采 用 如 下 簡 易 方 法 ： ① 類 比 法 。 取 系 統(tǒng) 中 的 油 液 與 純 凈 新 油 作 比 較 ， 通 過 “ 一 看 ， 二 聞 ， 三 摸 ” 來 估 測 油 液 的 污 染 程 度 。 一 看 ， 即 看 液 壓 油 的 顏 色 變 化 。 凡 變 淡 或 變 成 乳 白 色 ， 說 明 液 壓 油 已 混 入 了 空 氣 ， 水 或 其 它 液 體 ； 變 黑 色 ， 說 明 油 液 已 反 應(yīng) 變 質(zhì) ， 生 成 瀝 青 類 雜 質(zhì) ； 有 沉 淀 物 ， 且 沉 淀 物 中 有 小 黑 點(diǎn) 或 亮 點(diǎn) ， 說 明 混 入 了 金 屬 磨 屑 或 粉 塵 等 固 體 顆 粒 。 二 聞 ， 即 聞 油 液 的 氣 味 。 如 有 異 味 ， 說 明 油 液 已 氧 化 變 質(zhì) 。 三 摸 ， 即 用 手 指 沾 油 液 摩 擦 ， 感 覺 粘 性 差 ， 潤 滑 感 差 ， 可 能 混 入 了 水 或 液 壓 油 已 變 質(zhì) 失 效 。 ② 濾 紙 測 定 法 。 取 系 統(tǒng) 中 油 液 少 許 ， 滴 在 2 4 0 目 的 濾 紙 上 ， 數(shù) 分 鐘 后 觀 察 濾 紙 上 的 痕 跡 。 凡 油 滴 有 分 布 均 勻 的 暗 色 中 心 ， 外 圈 清 晰 ， 說 明 油 液 污 染 嚴(yán) 重 ， 應(yīng) 換 油 。 （ 2 ） 對 空 氣 污 染 的 測 定 。 一 般 采 用 經(jīng) 驗(yàn) 識 別 法 來 估 測 空 氣 含 量 是 否 過 量 。 當(dāng) 機(jī) 械 出 現(xiàn) 如 下 現(xiàn) 象 時(shí) ， 應(yīng) 視 為 空 氣 含 量 過 量 ： ① 液 壓 泵 出 現(xiàn) 不 正 常 的 噪 聲 。 ② 當(dāng) 外 載 變 化 時(shí) ， 液 壓 泵 或 安 全 閥 偶 爾 發(fā) 生 異 響 ， 同 時(shí) 工 作 機(jī) 構(gòu) 出 現(xiàn) 爬 行 或 抖 動(dòng) 。 ③ 油 液 透 明 度 降 低 ， 回 油 管 口 處 有 大 量 氣 泡 。 ④ 油 液 乳 化 變 色 。 2 . 3 控 制 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 的 措 施 在 液 壓 系 統(tǒng) 工 作 過 程 中 ， 外 界 環(huán) 境 中 的 污 染 物 不 斷 地 通 過 各 種 渠 道 侵 入 系 統(tǒng) ， 對 液 壓 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 破 壞 ， 影 響 了 液 壓 系 統(tǒng) 的 正 常 工 作 。 以 實(shí) 際 工 作 經(jīng) 驗(yàn) 得 出 ， 液 壓 油 箱 的 呼 吸 孔 和 液 壓 缸 的 活 塞 桿 密 封 處 是 污 染 物 侵 入 的 主 要 渠 道 ， 此 外 ， 維 修 和 向 系 統(tǒng) 加 注 （ 更 換 ） 液 壓 油 時(shí) 往 往 將 污 染 物 帶 入 系 統(tǒng) 。 因 此 ， 要 控 制 污 染 物 進(jìn) 入 液 壓 系 統(tǒng) ， 就 應(yīng) 該 把 握 住 如 下 幾 個(gè) 關(guān) 鍵 環(huán) 節(jié) ： 2 . 3 . 1 液 壓 油 箱 污 染 的 控 制 措 施 目 前 普 遍 采 用 的 液 壓 油 箱 都 是 通 過 呼 吸 孔 與 外 界 大 氣 相 通 ， 當(dāng) 油 箱 液 面 下 降 時(shí) ， 大 氣 中 的 塵 埃 和 水 分 隨 外 界 空 氣 被 吸 入 油 箱 ， 使 系 統(tǒng) 油 液 受 到 污 染 。 塵 埃 ， 空 氣 和 水 是 液 壓 系 統(tǒng) 的 三 大 主 要 污 染 源 ， 因 此 ， 解 決 油 箱 的 污 染 問 題 ， 是 解 決 液 壓 系 統(tǒng) 污 染 問 題 的 最 重 要 環(huán) 節(jié) 。 （ 1 ） 盡 可 能 采 用 全 密 封 式 油 箱 。 這 種 油 箱 通 過 彈 性 氣 囊 或 隔 膜 將 系 統(tǒng) 油 液 與 外 界 完 全 隔 離 。 徹 底 解 決 了 氣 液 界 面 污 染 的 問 題 ， 是 防 止 油 箱 污 染 最 有 效 的 措 施 。 （ 2 ） 在 通 氣 孔 上 設(shè) 置 濾 清 器 。 如 不 能 采 用 全 密 封 式 油 箱 ， 可 在 油 箱 的 通 氣 孔 上 設(shè) 置 帶 有 干 燥 器 的 空 氣 濾 清 器 。 當(dāng) 油 箱 液 面 降 低 時(shí) ， 空 氣 通 過 濾 清 器 進(jìn) 入 油 箱 ， 空 氣 中 的 水 分 和 顆 粒 雜 質(zhì) 即 被 去 除 。 （ 3 ） 在 吸 油 管 口 前 設(shè) 置 濾 網(wǎng) 。 設(shè) 置 濾 網(wǎng) 的 作 用 是 去 除 油 液 中 的 氣 泡 。 實(shí) 驗(yàn) 研 究 表 明 ： 濾 網(wǎng) 除 氣 效 率 與 濾 網(wǎng) 孔 大 小 ， 油 液 通 過 濾 網(wǎng) 的 速 度 和 濾 網(wǎng) 設(shè) 置 角 度 有 關(guān) 系 ， 濾 網(wǎng) 愈 密 ， 流 速 愈 低 ， 除 氣 效 率 愈 高 ； 濾 網(wǎng) 傾 角 為 2 0 ° 時(shí) 除 氣 效 率 最 高 。 （ 4 ） 在 油 箱 底 部 設(shè) 置 排 水 口 和 磁 塞 。 液 壓 油 在 油 箱 中 靜 置 2 4 h 以 上 ， 混 在 液 壓 油 中 的 水 便 下 沉 至 箱 底 ， 可 通 過 排 水 口 排 除 。 磁 塞 可 吸 附 鐵 質(zhì) 碎 屑 ， 防 止 其 隨 液 壓 油 流 向 液 壓 系 統(tǒng) 的 其 它 部 位 。 2 . 3 . 2 液 壓 缸 污 染 的 控 制 措 施 液 壓 缸 的 活 塞 桿 伸 出 端 是 污 染 物 侵 入 液 壓 系 統(tǒng) 的 主 要 部 位 之 一 。 目 前 ， 普 遍 在 活 塞 桿 壓 力 密 封 外 端 設(shè) 置 防 塵 密 封 以 防 止 外 界 污 染 物 侵 入 。 防 塵 密 封 的 工 作 性 能 對 可 靠 地 保 護(hù) 液 壓 系 統(tǒng) 具 有 重 要 作 用 。 一 旦 防 塵 密 封 失 效 ， 活 塞 桿 壓 力 密 封 即 暴 露 于 外 界 ， 粘 附 污 染 物 而 迅 速 磨 損 失 效 ， 從 而 導(dǎo) 致 活 塞 密 封 的 磨 損 和 失 效 。 另 外 ， 活 塞 桿 表 面 損 傷 或 彎 曲 變 形 ， 也 會 使 防 塵 密 封 和 活 塞 密 封 迅 速 失 效 。 （ 1 ） 定 期 檢 查 活 塞 桿 ， 發(fā) 現(xiàn) 損 傷 或 變 形 ， 馬 上 修 復(fù) 或 更 換 。 （ 2 ） 使 用 高 性 能 的 防 塵 密 封 圈 。 （ 3 ） 活 塞 桿 的 液 壓 密 封 面 采 用 活 塞 壓 力 密 封 和 防 塵 密 封 的 組 合 形 式 。 這 種 組 合 密 封 的 防 污 性 能 為 各 單 個(gè) 密 封 防 污 性 能 的 綜 合 。 組 合 密 封 的 污 染 侵 入 比 為 各 個(gè) 密 封 侵 入 比 的 乘 積 。 （ 密 封 侵 入 比 = 密 封 外 部 污 染 顆 粒 濃 度 與 密 封 內(nèi) 部 污 染 顆 粒 濃 度 的 比 值 ） 2 . 3 . 3 設(shè) 計(jì) 、 使 用 與 維 修 過 程 中 的 控 制 措 施 （ 1 ） 合 理 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) 的 結(jié) 構(gòu) 。 例 如 ： 在 液 壓 系 統(tǒng) 最 高 處 應(yīng) 設(shè) 置 排 氣 塞 或 排 氣 閥 ； 油 箱 的 出 、 回 油 口 應(yīng) 設(shè) 在 油 箱 液 面 以 下 ； 回 油 口 斷 面 應(yīng) 做 成 斜 面 以 減 少 回 油 渦 流 和 攪 動(dòng) ； 液 壓 泵 吸 油 管 口 徑 應(yīng) 盡 可 能 大 一 點(diǎn) ， 盡 可 能 減 少 管 路 的 彎 曲 ； 避 免 或 減 少 使 用 節(jié) 流 閥 ； 選 擇 合 理 的 密 封 件 及 密 封 結(jié) 構(gòu) ； 提 高 液 壓 泵 的 吸 入 壓 力 ； 降 低 工 作 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 慣 性 ； 提 高 系 統(tǒng) 的 整 體 密 封 性 能 。 （ 2 ） 經(jīng) 常 保 持 油 箱 中 規(guī) 定 的 液 面 高 度 。 （ 3 ） 定 期 清 洗 過 濾 器 和 散 熱 裝 置 ， 避 免 液 壓 泵 因 吸 油 不 暢 和 油 溫 過 高 而 形 成 系 統(tǒng) 的 局 部 真 空 。 （ 4 ） 液 壓 系 統(tǒng) 出 現(xiàn) 壓 力 低 ， 溫 度 高 ， 工 作 無 力 等 非 正 常 現(xiàn) 象 時(shí) 應(yīng) 及 時(shí) 排 查 。 （ 5 ） 避 免 工 作 載 荷 的 急 劇 變 化 。 （ 6 ） 避 免 利 用 機(jī) 械 的 慣 性 來 完 成 某 項(xiàng) 動(dòng) 作 。 （ 7 ） 及 時(shí) 更 換 老 化 或 失 效 的 密 封 件 。 （ 8 ） 加 注 液 壓 油 時(shí) ， 加 注 用 具 要 徹 底 清 潔 干 凈 。 （ 9 ） 清 洗 。 （ 1 0 ） 高 壓 空 氣 吹 。 工 藝 與 設(shè) 備 · 1 4 8 · 液壓系統(tǒng)振動(dòng)噪聲產(chǎn)生原因分析 Analysis for the Reason of Producing Vibration Noise of Hydraulic System 摘 　 要:對液壓系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)噪聲原因分析 ,提出衰減、 阻尼及消除方法。 關(guān)鍵詞:液壓系統(tǒng); 振動(dòng)噪聲; 消除方法 液壓系統(tǒng)的振動(dòng)與噪聲是一個(gè)相當(dāng)普遍的問題。機(jī)器設(shè)備愈向高速、 高壓和大功率的方向發(fā)展 ,相應(yīng)的技術(shù)跟不上 ,振動(dòng)與噪聲也相應(yīng)增大 ,長期處于異常振動(dòng)的液壓設(shè)備必然會出現(xiàn)各種故障 ,造成振動(dòng)與液壓裝置難以正常工作 ,影響設(shè)備的性能和液壓元件的壽命 ,也影響人的身心健康。因此分析振動(dòng)噪聲產(chǎn)生原因有助于采取有效的消除方法。 1 振動(dòng)與噪聲 噪聲是一種振動(dòng)波 ,它通過不同的傳播媒體 ,可分為流體噪聲、 結(jié)構(gòu)噪聲和電磁噪聲。在液壓傳動(dòng)或自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ,上述 3 種噪聲同時(shí)存在 ,其產(chǎn)生的成因和組成是多方面的。 1) 液壓泵的噪聲 在液壓系統(tǒng)中主要的噪聲源是液壓泵。即使它不輻射出大量的聲功率 ,其壓力波動(dòng)和結(jié)構(gòu)振動(dòng)也能間接地引起機(jī)器設(shè)備的噪聲。 液壓泵的噪聲隨液壓功率的增加而加大。液壓功率是由液壓泵的輸出壓力 p、 每轉(zhuǎn)的排量 q 和轉(zhuǎn)速 n這 3 個(gè)參數(shù)決定的。這 3 個(gè)參數(shù)對液壓泵的噪聲影響程度是不同的。轉(zhuǎn)速的提高使泵的噪聲增大比輸出壓力提高的作用要大得多;每轉(zhuǎn)排量對噪聲的影響基本與輸出的壓力相同。 為了使噪聲最低 ,一般在選用液壓泵時(shí) ,在保證所需的功率和流量的前提下 ,盡量選擇轉(zhuǎn)速低的液壓泵(1000～1200 r/ min) ,在實(shí)際應(yīng)用中也可使用復(fù)合泵(并聯(lián)和串聯(lián)液壓泵)和卸荷回路來降低噪聲。 (1)液壓泵的流量脈動(dòng) ,由此引起的出口及管路壓力脈動(dòng)。這種固有的流量與壓力脈動(dòng)必然產(chǎn)生流體噪聲。 (2) 液壓泵困油區(qū)的壓力沖擊及倒灌流量產(chǎn)生噪聲。如斜盤式軸向柱塞泵 ,其缸體在旋轉(zhuǎn)過程中位于上死點(diǎn)時(shí) ,柱塞腔內(nèi)的液體壓力在與排油腔接通的瞬間 ,吸油壓力突然上升到排油壓力產(chǎn)生了較高壓力沖擊。同理 ,位于下死點(diǎn)時(shí) ,柱塞腔內(nèi)的液體壓力在與吸油腔接通的瞬間突然由排油壓力下降到吸油壓力 ,同樣也產(chǎn)生壓力沖擊。與此同時(shí) ,在上死點(diǎn)排油腔內(nèi)的液體向柱塞腔內(nèi)倒灌 ,便產(chǎn)生了所謂 “倒灌流量”,使液壓泵原來固有的流量脈動(dòng)更加劇烈。由此產(chǎn)生較大的流體噪聲 ,它是液壓泵的主要聲源。 (3) 液壓泵的困油現(xiàn)象也是產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲的重要原因。如齒輪泵在實(shí)際使用中因困油產(chǎn)生較大的噪聲時(shí) ,應(yīng)檢查其卸荷槽的尺寸是否與設(shè)計(jì)圖紙相符。在修磨端蓋時(shí)要保證原卸荷槽的尺寸不變。 (4) 由于泄漏的原因 ,增加了液壓泵的壓力和流量脈動(dòng)也是產(chǎn)生噪聲的原因之一。因此 ,在維修中消除液壓裝置的外泄漏 ,是降低噪聲的有效措施。 2) 控制閥的噪聲 控制閥是液壓系統(tǒng)中的另一個(gè)噪聲源。 (1) 控制閥的氣穴作用發(fā)出的噓噓聲(高速噴流聲) 。這是由于油液通過閥口時(shí)產(chǎn)生的節(jié)流作用 ,在節(jié)流口處產(chǎn)生很高的流速 ,有時(shí)可達(dá) 100～150 m/ s (通常稱噴流現(xiàn)象) 。在節(jié)流口下游通道截面處流速極不均勻的情況下 ,當(dāng)壓力低于大氣壓時(shí) ,溶解于油中的空氣便分離出來產(chǎn)生大量的氣泡。這些氣泡由于油流壓力回升而消失 ,此時(shí)的振動(dòng)頻率將達(dá)到 200 Hz 以上。另外 ,在噴流狀態(tài)下 ,油流速度不均勻而發(fā)生渦流或由于液流被剪切也產(chǎn)生噪聲。 解決這類噪聲的辦法是提高節(jié)流口下游背壓 ,使其高于空氣分離壓力的臨界值?？捎枚壔蛉墱p壓的辦法 ,以防止氣穴現(xiàn)象的發(fā)生。一般油液通過控制閥的節(jié)流口時(shí) ,要求上游壓力 p1 與下游壓力 p2 之比 ,不大于 3～6 (銳邊閥口取小值 ,圓弧閥口取大值) 。 (2) 控制閥的自激振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲。如溢流閥一類的控制閥 ,其閥芯是支承在彈簧(包括油液的彈性)上 ,與質(zhì)量 ,阻尼系統(tǒng)與管路以及與負(fù)載相匹配的有關(guān)參數(shù)超過臨界值時(shí) ,閥芯就會因其他部位的擾動(dòng)(如壓力脈動(dòng)或其他振源)產(chǎn)生持續(xù)的自激振動(dòng)和異常噪聲。又如滑閥、 轉(zhuǎn)閥和伺服閥等由液動(dòng)力引起的自激振動(dòng)也發(fā)生一種呈 “嗡嗡叫” 的高頻聲響。在一般情況下 ,壓力、 溫度愈高 ,這種現(xiàn)象就愈容易發(fā)生。 (3) 液壓泵壓力脈動(dòng)的激勵(lì)作用 ,使閥件產(chǎn)生共振 ,因而增大噪聲;控制閥中特別是節(jié)流閥 ,其節(jié)流開口小 ,流速高易產(chǎn)生渦流 ,有時(shí)將會引起閥芯拍擊閥座 ,產(chǎn)生很大的蜂鳴聲。發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí) ,可選用小規(guī)格的控制閥來替換或?qū)⒐?jié)流口開大。 (4) 在液壓系統(tǒng)中 ,由于方向控制閥突然關(guān)閉或突然打開造成液壓沖擊而引起振動(dòng)和噪聲。如電磁換向閥快速切換時(shí) ,油路突然關(guān)閉或使油流突然改向以及電磁閥突然打開使液壓泵卸載都會產(chǎn)生液壓沖擊。一般電磁閥的動(dòng)作時(shí)間為 0. 08～0. 12 s ,由于快速切換引起管內(nèi)壓力劇烈波動(dòng) ,并以聲速沿著管道方向傳播 ,當(dāng)傳至液壓缸、 液壓泵或其他較大的容腔時(shí) ,就會引起這些環(huán)節(jié)產(chǎn)生撞擊振動(dòng)和噪聲。如磨床工作臺在換向過程中(換向閥未調(diào)好) ,就會產(chǎn)生沖擊而使管道發(fā)出 “嗡嗡” 的噪聲;又如液壓機(jī)的液壓缸 ,在承壓狀態(tài)時(shí) ,若控制閥突然打開而液壓缸急速卸載 ,則液壓缸和其連接的機(jī)構(gòu)也會由于沖擊而發(fā)出噪聲。 這種噪聲可以通過閥的合理設(shè)置(如設(shè)置緩沖機(jī)構(gòu)等)或采用分級卸載的辦法 ,使液壓沖擊盡可能的減小。 (5) 控制閥的工作部位磨損、 滑閥與閥體孔配合間隙過大、 高低壓油互通、 調(diào)壓彈簧永久變形或損壞等原因、 而發(fā)出一種 “哨” 聲或 “尖叫” 聲。這種噪聲的消除方法是更換閥座、 閥芯或彈簧。 3) 液壓泵吸入系統(tǒng)的氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲此處略。 4) 液壓泵的吸空現(xiàn)象產(chǎn)生的噪聲液壓泵的吸空 ,是指液壓泵吸進(jìn)的油液中混有空氣。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生不僅容易發(fā)生氣蝕、 增高噪聲 ,而且還影響液壓泵的容積效率、 油液變質(zhì)等不良后果。因此 ,在液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中 ,這種現(xiàn)象是不允許存在的。出現(xiàn)這類問題的主要原因是油箱和油管設(shè)置、安裝不合理(如油箱內(nèi)液面劇烈地?cái)噭?dòng) ,空氣便混入油內(nèi)) ;吸油管吸進(jìn)帶有氣泡的油液(吸油管接頭密封不嚴(yán)、 吸入空氣) 。油液中的空氣泡在低壓處膨脹 ,進(jìn)入高壓區(qū)后被壓縮 ,產(chǎn)生上述的氣穴現(xiàn)象 ,因而使噪聲增大。 產(chǎn)生吸空現(xiàn)象的其他原因還有:因泄漏等原因造成油箱中油液不足;吸油管浸入油液液面部分太少;液壓泵吸油位置太高;油液的黏度大;液壓泵吸油口通流截面過小;過濾器表面被污染物堵塞;回油管沒有浸入油池等而造成大量空氣進(jìn)入系統(tǒng)。 防止液壓泵吸進(jìn)空氣可采取以下措施: (1) 液壓泵吸油管和有關(guān)部分(如泵出軸端)要嚴(yán)格密封 ,防止泵內(nèi)短時(shí)低壓而吸入空氣。 (2) 油箱設(shè)計(jì)要合理 ,可采用設(shè)有隔板的長油箱 ,使油液中的氣泡上浮后不會很快進(jìn)入吸油管附近。油箱是液壓系統(tǒng)中消除油液里氣泡的最好地方。一般油液回到油箱時(shí)往往帶有氣泡 ,只要到一定的時(shí)間 ,氣泡就會自動(dòng)分離出來并上浮消失。為此 ,液壓系統(tǒng)的油箱容積應(yīng)足夠大。油箱的容積隨設(shè)備不同、 使用場所的不同而有差異。通常可設(shè)計(jì)成等于系統(tǒng)兩分鐘最大流量即可。 當(dāng)不能提供具有隔板的油箱時(shí) ,可采用具有去除氣泡裝置的油箱。試驗(yàn)表明 ,采用 60 目的金屬網(wǎng) ,安裝傾斜角 30° 效果最佳 ,它能去除 90 %混入油液中的氣泡。 (3) 油箱中的油液應(yīng)加至油標(biāo)線的規(guī)定;吸油管一定要浸入油池的 2/ 3 深度處;油液的黏度要符合使用說明書的規(guī)定;過濾器要定期清洗 ,防止被污物堵塞。 (4) 液壓系統(tǒng)的回油管要插入油箱液面以下 ,并要制成 45° 的斜切口面朝箱壁 ,距箱壁 100 mm左右為宜。回油管徑要適宜(足夠大) ,防止回油流速過高沖入油箱攪動(dòng)液面而混入空氣。 (5) 采用消泡性能好的工作油液 ,或在油液內(nèi)加入消泡添加劑 ,使氣泡很快的上浮消失。 5) 液壓系統(tǒng)中機(jī)械零件的振動(dòng)產(chǎn)生的噪聲 (1) 液壓系統(tǒng)機(jī)械回轉(zhuǎn)部分,由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、 制造、安裝等誤差,當(dāng)工作時(shí)便產(chǎn)生周期性的不平衡力,因而發(fā)生振動(dòng)并輻射出恒定的噪聲。如液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的皮帶輪和皮帶、 傳動(dòng)軸上的鍵、 聯(lián)軸器和液壓泵等零件,當(dāng)電動(dòng)機(jī)的軸與液壓泵的傳動(dòng)軸,同軸度誤差大于0. 08mm時(shí),就會產(chǎn)生較大噪聲。此時(shí)的聯(lián)軸器不僅不吸震,反而造成強(qiáng)迫振動(dòng)。因此,在制造與安裝過程中應(yīng)盡量減小偏心與不平衡;液壓泵、 電機(jī)支架與機(jī)座要用楔鐵調(diào)整并校準(zhǔn)水平;緊固螺釘必須有防松結(jié)構(gòu)。 (2) 設(shè)備的地基與機(jī)座、 液壓系統(tǒng)的管路等 ,若安裝、 調(diào)整不符合技術(shù)條件規(guī)定時(shí) ,也導(dǎo)致產(chǎn)生噪聲。并在系統(tǒng)油壓升高后 ,經(jīng)控制閥改變油路方向和調(diào)壓調(diào)速時(shí) ,在所連接的管路上發(fā)生異常的振動(dòng)或共振引起有關(guān)部分產(chǎn)生噪聲。這些問題都值得注意 ,但無論在什么情況下 ,都應(yīng)使液壓系統(tǒng)的管路盡量短一些 ,長度要選擇適當(dāng) ,并用堅(jiān)固的、 能吸振的支撐加以固定 ,避免發(fā)生駐波或共振現(xiàn)象。 2 　 液壓系統(tǒng)的噪聲衰減、 阻尼和隔離 如前所述 ,液壓系統(tǒng)的主要噪聲源是液壓泵。為了降低由其產(chǎn)生的噪聲 ,可在泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造中采取一定的措施來消除機(jī)械沖擊和壓力沖擊。但是 ,由于液壓泵幾何空間變化的不均勻性所造成的壓力脈動(dòng)是較難消除的。為此 ,在實(shí)踐中可采取衰減、 阻尼和隔離的辦法來減小或消除液壓系統(tǒng)中的噪聲。 (1) 用脈動(dòng)衰減器來防止噪聲擴(kuò)散。衰減器有能量吸收型和反射消除型兩大類 ,應(yīng)用衰減器 ,既不會全部吸收、 也不能全部反射 ,它在一定的頻率范圍內(nèi)可以看成是一個(gè)特定的過程 ,或主要是吸收、 或主要是反射。能量吸收型衰減器是利用某些材料的特性、 通過粘著摩擦將聲能變?yōu)闊崮?油溫升高) 。所以 ,它只能衰減傳入到緩沖材料內(nèi)部的噪聲。為了擴(kuò)大緩沖材料同液體的面積 ,應(yīng)把緩沖材料做成多孔的 ,并以同心管的形式布置在主要油流的通道上。 (2) 在管路中設(shè)置蓄能器衰減系統(tǒng)中的壓力脈動(dòng)。蓄能器是一個(gè)反射型脈動(dòng)衰減裝置 ,利用氣體彈性來吸收和釋放液體的壓力能。依靠入射波和分流波之間的相位關(guān)系來減少聲波向下游傳播。 (3) 安裝減振軟管。利用撓性軟管容易膨脹的特性來平滑液壓泵的壓力脈動(dòng)。 (4) 在管路上安裝消聲器。通過入射波與反射波的相互作用 ,將波形峰值部分的容量吸收填入到波谷部分。這樣可以認(rèn)為系統(tǒng)沒有流量變化 ,即消除壓力脈動(dòng)。 在液壓泵的出油口串接一個(gè)大的容腔 ,試驗(yàn)表明:液壓泵的出口壓力脈動(dòng)原為 1. 31 MPa ,可衰減到0. 14 MPa ,效果比較顯著。 (5) 在管道中串接濾聲器。這是一種以相位消除為主的聲學(xué)裝置 ,它可消除管路的流量脈動(dòng) ,故又可稱為脈動(dòng)消減器。它是一個(gè)開有無數(shù)小孔的、 用橡皮套包容的多孔管 ,在橡皮管與多孔管之間有保護(hù)用的鋼絲網(wǎng) ,外圍沖入氮?dú)?。?dāng)壓力峰值傳入時(shí) ,經(jīng)小孔(阻尼吸收能量)使橡皮套膨脹從而使噪聲得到衰減。應(yīng)用時(shí) ,需根據(jù)壓力脈動(dòng)頻率和流量來選擇。該種濾聲器的優(yōu)點(diǎn)是安裝在管路上 ,不增大管路的阻力 ,一般狀態(tài)下不用維護(hù)。 (6) 系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)的阻尼。為了減少噪聲的傳播 ,避免一些零件的共振 ,可在液壓系統(tǒng)的管道、 罩殼、 板狀零件等的表面上粘貼或涂上一層阻尼材料 ,使這些零件的共振因阻尼作用而得到衰減 ,從而減少空氣噪聲的輻射。這種辦法對于抑制高頻率噪聲較為有效。阻尼材料一般可用內(nèi)消耗較大的材料 ,如瀝青、 聚硫酯橡膠或聚氨酯橡膠以及其他高分子材料。 3 　 結(jié)束語 從機(jī)械部分零件的材質(zhì)方面減少噪聲 ,國外有的采用高阻尼材料如錳銅合金、 鎳鈦合金以及含高磺的孕育鑄鐵等制作泵體或閥體。近年來國內(nèi)也開始試生產(chǎn)高阻尼材料 ,如錳銅合金 MC277 和鐵鉻合金 AJ21等。經(jīng)一些單位使用 ,減振、 降低噪聲效果比較明顯。 液壓裝置的噪聲還可采用柔軟多孔材料 ,如毛氈、纖維板、 石棉、 玻璃纖維、 泡沫塑料等進(jìn)行吸收隔離。如將噪聲源放在隔板的后面;對于噪聲高的液壓元件用隔罩罩起來。對高壓泵一類的強(qiáng)噪聲源 ,目前采用的措施是把動(dòng)力裝置單獨(dú)放在一個(gè)隔音減振的房間內(nèi)封閉的辦法。使進(jìn)出油口管道接通工作機(jī)構(gòu) ,運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)、 選用是在工作地點(diǎn)的操縱臺上通過遙控進(jìn)行 ,以減少噪聲對操作人員的輻射。 液 壓 系 統(tǒng) 振 動(dòng) 噪 聲 產(chǎn) 生 原 因 分 析 李 建 宇 Analysis for the Reason of Producing Vibration Noise of Hydraulic System L I Jian2yu (湖 南 華 菱 湘 鋼 鋼 鐵 有 限 公 司 , 湖 南 省 湘 潭 市 岳 堂 區(qū) 411101) 摘 要 :對 液 壓 系 統(tǒng) 產(chǎn) 生 振 動(dòng) 噪 聲 原 因 分 析 ,提 出 衰 減 、 阻 尼 及 消 除 方 法 。 關(guān) 鍵 詞 :液 壓 系 統(tǒng) ; 振 動(dòng) 噪 聲 ; 消 除 方 法 中 圖 分 類 號 : TH137 文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 :B 文 章 編 號 :100024858 (2006) 0520076203 液 壓 系 統(tǒng) 的 振 動(dòng) 與 噪 聲 是 一 個(gè) 相 當(dāng) 普 遍 的 問 題 。 機(jī) 器 設(shè) 備 愈 向 高 速 、 高 壓 和 大 功 率 的 方 向 發(fā) 展 ,相 應(yīng) 的 技 術(shù) 跟 不 上 ,振 動(dòng) 與 噪 聲 也 相 應(yīng) 增 大 ,長 期 處 于 異 常 振 動(dòng) 的 液 壓 設(shè) 備 必 然 會 出 現(xiàn) 各 種 故 障 ,造 成 振 動(dòng) 與 液 壓 裝 置 難 以 正 常 工 作 ,影 響 設(shè) 備 的 性 能 和 液 壓 元 件 的 壽 命 ,也 影 響 人 的 身 心 健 康 。 因 此 分 析 振 動(dòng) 噪 聲 產(chǎn) 生 原 因 有 助 于 采 取 有 效 的 消 除 方 法 。 1 振 動(dòng) 與 噪 聲 噪 聲 是 一 種 振 動(dòng) 波 ,它 通 過 不 同 的 傳 播 媒 體 ,可 分 為 流 體 噪 聲 、 結(jié) 構(gòu) 噪 聲 和 電 磁 噪 聲 。 在 液 壓 傳 動(dòng) 或 自 動(dòng) 控 制 系 統(tǒng) 中 ,上 述 3 種 噪 聲 同 時(shí) 存 在 ,其 產(chǎn) 生 的 成 因 和 組 成 是 多 方 面 的 。 1) 液 壓 泵 的 噪 聲 在 液 壓 系 統(tǒng) 中 主 要 的 噪 聲 源 是 液 壓 泵 。 即 使 它 不 輻 射 出 大 量 的 聲 功 率 ,其 壓 力 波 動(dòng) 和 結(jié) 構(gòu) 振 動(dòng) 也 能 間 接 地 引 起 機(jī) 器 設(shè) 備 的 噪 聲 。 液 壓 泵 的 噪 聲 隨 液 壓 功 率 的 增 加 而 加 大 。 液 壓 功 率 是 由 液 壓 泵 的 輸 出 壓 力 p、 每 轉(zhuǎn) 的 排 量 q 和 轉(zhuǎn) 速 n 這 3 個(gè) 參 數(shù) 決 定 的 。 這 3 個(gè) 參 數(shù) 對 液 壓 泵 的 噪 聲 影 響 程 度 是 不 同 的 。 轉(zhuǎn) 速 的 提 高 使 泵 的 噪 聲 增 大 比 輸 出 壓 力 提 高 的 作 用 要 大 得 多 ;每 轉(zhuǎn) 排 量 對 噪 聲 的 影 響 基 本 與 輸 出 的 壓 力 相 同 。 為 了 使 噪 聲 最 低 ,一 般 在 選 用 液 壓 泵 時(shí) ,在 保 證 所 需 的 功 率 和 流 量 的 前 提 下 ,盡 量 選 擇 轉(zhuǎn) 速 低 的 液 壓 泵 (1000～ 1200 r/ min) ,在 實(shí) 際 應(yīng) 用 中 也 可 使 用 復(fù) 合 泵 (并 聯(lián) 和 串 聯(lián) 液 壓 泵 )和 卸 荷 回 路 來 降 低 噪 聲 。 (1) 液 壓 泵 的 流 量 脈 動(dòng) ,由 此 引 起 的 出 口 及 管 路 壓 力 脈 動(dòng) 。 這 種 固 有 的 流 量 與 壓 力 脈 動(dòng) 必 然 產(chǎn) 生 流 體 噪 聲 。 (2) 液 壓 泵 困 油 區(qū) 的 壓 力 沖 擊 及 倒 灌 流 量 產(chǎn) 生 噪 聲 。 如 斜 盤 式 軸 向 柱 塞 泵 ,其 缸 體 在 旋 轉(zhuǎn) 過 程 中 位 于 上 死 點(diǎn) 時(shí) ,柱 塞 腔 內(nèi) 的 液 體 壓 力 在 與 排 油 腔 接 通 的 瞬 間 ,吸 油 壓 力 突 然 上 升 到 排 油 壓 力 產(chǎn) 生 了 較 高 壓 力 沖 擊 。 同 理 ,位 于 下 死 點(diǎn) 時(shí) ,柱 塞 腔 內(nèi) 的 液 體 壓 力 在 與 吸 油 腔 接 通 的 瞬 間 突 然 由 排 油 壓 力 下 降 到 吸 油 壓 力 ,同 樣 也 產(chǎn) 生 壓 力 沖 擊 。 與 此 同 時(shí) ,在 上 死 點(diǎn) 排 油 腔 內(nèi) 的 液 體 向 柱 塞 腔 內(nèi) 倒 灌 ,便 產(chǎn) 生 了 所 謂 “ 倒 灌 流 量 ” ,使 液 壓 泵 原 來 固 有 的 流 量 脈 動(dòng) 更 加 劇 烈 。 由 此 產(chǎn) 生 較 大 的 流 體 噪 聲 ,它 是 液 壓 泵 的 主 要 聲 源 。 (3) 液 壓 泵 的 困 油 現(xiàn) 象 也 是 產(chǎn) 生 振 動(dòng) 和 噪 聲 的 重 要 原 因 。 如 齒 輪 泵 在 實(shí) 際 使 用 中 因 困 油 產(chǎn) 生 較 大 的 噪 聲 時(shí) ,應(yīng) 檢 查 其 卸 荷 槽 的 尺 寸 是 否 與 設(shè) 計(jì) 圖 紙 相 符 。 在 修 磨 端 蓋 時(shí) 要 保 證 原 卸 荷 槽 的 尺 寸 不 變 。 (4) 由 于 泄 漏 的 原 因 ,增 加 了 液 壓 泵 的 壓 力 和 流 量 脈 動(dòng) 也 是 產(chǎn) 生 噪 聲 的 原 因 之 一 。 因 此 ,在 維 修 中 消 除 液 壓 裝 置 的 外 泄 漏 ,是 降 低 噪 聲 的 有 效 措 施 。 收 稿 日 期 :2006204205 作 者 簡 介 :李 建 宇 (1971 — ) ,男 ,湖 南 湘 潭 人 ,工 程 師 ,碩 士 , 主 要 從 事 設(shè) 備 管 理 工 作 。 2) 控 制 閥 的 噪 聲 控 制 閥 是 液 壓 系 統(tǒng) 中 的 另 一 個(gè) 噪 聲 源 。 (1) 控 制 閥 的 氣 穴 作 用 發(fā) 出 的 噓 噓 聲 (高 速 噴 流 聲 ) 。 這 是 由 于 油 液 通 過 閥 口 時(shí) 產(chǎn) 生 的 節(jié) 流 作 用 ,在 節(jié) 流 口 處 產(chǎn) 生 很 高 的 流 速 ,有 時(shí) 可 達(dá) 100～ 150 m/ s (通 常 稱 噴 流 現(xiàn) 象 ) 。 在 節(jié) 流 口 下 游 通 道 截 面 處 流 速 極 不 67 液 壓 與 氣 動(dòng) 2006 年 第 5 期 ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 均 勻 的 情 況 下 ,當(dāng) 壓 力 低 于 大 氣 壓 時(shí) ,溶 解 于 油 中 的 空 氣 便 分 離 出 來 產(chǎn) 生 大 量 的 氣 泡 。 這 些 氣 泡 由 于 油 流 壓 力 回 升 而 消 失 ,此 時(shí) 的 振 動(dòng) 頻 率 將 達(dá) 到 200 Hz 以 上 。 另 外 ,在 噴 流 狀 態(tài) 下 ,油 流 速 度 不 均 勻 而 發(fā) 生 渦 流 或 由 于 液 流 被 剪 切 也 產(chǎn) 生 噪 聲 。 解 決 這 類 噪 聲 的 辦 法 是 提 高 節(jié) 流 口 下 游 背 壓 ,使 其 高 于 空 氣 分 離 壓 力 的 臨 界 值 。 可 用 二 級 或 三 級 減 壓 的 辦 法 ,以 防 止 氣 穴 現(xiàn) 象 的 發(fā) 生 。 一 般 油 液 通 過 控 制 閥 的 節(jié) 流 口 時(shí) ,要 求 上 游 壓 力 p1 與 下 游 壓 力 p2 之 比 ,不 大 于 3～ 6 (銳 邊 閥 口 取 小 值 ,圓 弧 閥 口 取 大 值 ) 。 (2) 控 制 閥 的 自 激 振 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 噪 聲 。 如 溢 流 閥 一 類 的 控 制 閥 ,其 閥 芯 是 支 承 在 彈 簧 (包 括 油 液 的 彈 性 ) 上 ,與 質(zhì) 量 ,阻 尼 系 統(tǒng) 與 管 路 以 及 與 負(fù) 載 相 匹 配 的 有 關(guān) 參 數(shù) 超 過 臨 界 值 時(shí) ,閥 芯 就 會 因 其 他 部 位 的 擾 動(dòng) (如 壓 力 脈 動(dòng) 或 其 他 振 源 )產(chǎn) 生 持 續(xù) 的 自 激 振 動(dòng) 和 異 常 噪 聲 。 又 如 滑 閥 、 轉(zhuǎn) 閥 和 伺 服 閥 等 由 液 動(dòng) 力 引 起 的 自 激 振 動(dòng) 也 發(fā) 生 一 種 呈 “ 嗡 嗡 叫 ” 的 高 頻 聲 響 。 在 一 般 情 況 下 , 壓 力 、 溫 度 愈 高 ,這 種 現(xiàn) 象 就 愈 容 易 發(fā) 生 。 (3) 液 壓 泵 壓 力 脈 動(dòng) 的 激 勵(lì) 作 用 ,使 閥 件 產(chǎn) 生 共 振 ,因 而 增 大 噪 聲 ;控 制 閥 中 特 別 是 節(jié) 流 閥 ,其 節(jié) 流 開 口 小 ,流 速 高 易 產(chǎn) 生 渦 流 ,有 時(shí) 將 會 引 起 閥 芯 拍 擊 閥 座 ,產(chǎn) 生 很 大 的 蜂 鳴 聲 。 發(fā) 生 這 種 現(xiàn) 象 時(shí) ,可 選 用 小 規(guī) 格 的 控 制 閥 來 替 換 或 將 節(jié) 流 口 開 大 。 (4) 在 液 壓 系 統(tǒng) 中 ,由 于 方 向 控 制 閥 突 然 關(guān) 閉 或 突 然 打 開 造 成 液 壓 沖 擊 而 引 起 振 動(dòng) 和 噪 聲 。 如 電 磁 換 向 閥 快 速 切 換 時(shí) ,油 路 突 然 關(guān) 閉 或 使 油 流 突 然 改 向 以 及 電 磁 閥 突 然 打 開 使 液 壓 泵 卸 載 都 會 產(chǎn) 生 液 壓 沖 擊 。 一 般 電 磁 閥 的 動(dòng) 作 時(shí) 間 為 0. 08～ 0. 12 s ,由 于 快 速 切 換 引 起 管 內(nèi) 壓 力 劇 烈 波 動(dòng) ,并 以 聲 速 沿 著 管 道 方 向 傳 播 ,當(dāng) 傳 至 液 壓 缸 、 液 壓 泵 或 其 他 較 大 的 容 腔 時(shí) ,就 會 引 起 這 些 環(huán) 節(jié) 產(chǎn) 生 撞 擊 振 動(dòng) 和 噪 聲 。 如 磨 床 工 作 臺 在 換 向 過 程 中 (換 向 閥 未 調(diào) 好 ) ,就 會 產(chǎn) 生 沖 擊 而 使 管 道 發(fā) 出 “ 嗡 嗡 ” 的 噪 聲 ;又 如 液 壓 機(jī) 的 液 壓 缸 ,在 承 壓 狀 態(tài) 時(shí) ,若 控 制 閥 突 然 打 開 而 液 壓 缸 急 速 卸 載 ,則 液 壓 缸 和 其 連 接 的 機(jī) 構(gòu) 也 會 由 于 沖 擊 而 發(fā) 出 噪 聲 。 這 種 噪 聲 可 以 通 過 閥 的 合 理 設(shè) 置 (如 設(shè) 置 緩 沖 機(jī) 構(gòu) 等 )或 采 用 分 級 卸 載 的 辦 法 ,使 液 壓 沖 擊 盡 可 能 的 減 小 。 (5) 控 制 閥 的 工 作 部 位 磨 損 、 滑 閥 與 閥 體 孔 配 合 間 隙 過 大 、 高 低 壓 油 互 通 、 調(diào) 壓 彈 簧 永 久 變 形 或 損 壞 等 原 因 、 而 發(fā) 出 一 種 “ 哨 ” 聲 或 “ 尖 叫 ” 聲 。 這 種 噪 聲 的 消 除 方 法 是 更 換 閥 座 、 閥 芯 或 彈 簧 。 3) 液 壓 泵 吸 入 系 統(tǒng) 的 氣 穴 現(xiàn) 象 產(chǎn) 生 振 動(dòng) 和 噪 聲 此 處 略 。 4) 液 壓 泵 的 吸 空 現(xiàn) 象 產(chǎn) 生 的 噪 聲 液 壓 泵 的 吸 空 ,是 指 液 壓 泵 吸 進(jìn) 的 油 液 中 混 有 空 氣 。 這 種 現(xiàn) 象 的 產(chǎn) 生 不 僅 容 易 發(fā) 生 氣 蝕 、 增 高 噪 聲 ,而 且 還 影 響 液 壓 泵 的 容 積 效 率 、 油 液 變 質(zhì) 等 不 良 后 果 。 因 此 ,在 液 壓 傳 動(dòng) 與 控 制 系 統(tǒng) 中 ,這 種 現(xiàn) 象 是 不 允 許 存 在 的 。 出 現(xiàn) 這 類 問 題 的 主 要 原 因 是 油 箱 和 油 管 設(shè) 置 、 安 裝 不 合 理 (如 油 箱 內(nèi) 液 面 劇 烈 地 攪 動(dòng) ,空 氣 便 混 入 油 內(nèi) ) ;吸 油 管 吸 進(jìn) 帶 有 氣 泡 的 油 液 (吸 油 管 接 頭 密 封 不 嚴(yán) 、 吸 入 空 氣 ) 。 油 液 中 的 空 氣 泡 在 低 壓 處 膨 脹 ,進(jìn) 入 高 壓 區(qū) 后 被 壓 縮 ,產(chǎn) 生 上 述 的 氣 穴 現(xiàn) 象 ,因 而 使 噪 聲 增 大 。 產(chǎn) 生 吸 空 現(xiàn) 象 的 其 他 原 因 還 有 :因 泄 漏 等 原 因 造 成 油 箱 中 油 液 不 足 ;吸 油 管 浸 入 油 液 液 面 部 分 太 少 ;液 壓 泵 吸 油 位 置 太 高 ;油 液 的 黏 度 大 ;液 壓 泵 吸 油 口 通 流 截 面 過 小 ;過 濾 器 表 面 被 污 染 物 堵 塞 ;回 油 管 沒 有 浸 入 油 池 等 而 造 成 大 量 空 氣 進(jìn) 入 系 統(tǒng) 。 防 止 液 壓 泵 吸 進(jìn) 空 氣 可 采 取 以 下 措 施 : (1) 液 壓 泵 吸 油 管 和 有 關(guān) 部 分 (如 泵 出 軸 端 ) 要 嚴(yán) 格 密 封 ,防 止 泵 內(nèi) 短 時(shí) 低 壓 而 吸 入 空 氣 。 (2) 油 箱 設(shè) 計(jì) 要 合 理 ,可 采 用 設(shè) 有 隔 板 的 長 油 箱 , 使 油 液 中 的 氣 泡 上 浮 后 不 會 很 快 進(jìn) 入 吸 油 管 附 近 。 油 箱 是 液 壓 系 統(tǒng) 中 消 除 油 液 里 氣 泡 的 最 好 地 方 。 一 般 油 液 回 到 油 箱 時(shí) 往 往 帶 有 氣 泡 ,只 要 到 一 定 的 時(shí) 間 ,氣 泡 就 會 自 動(dòng) 分 離 出 來 并 上 浮 消 失 。 為 此 ,液 壓 系 統(tǒng) 的 油 箱 容 積 應(yīng) 足 夠 大 。 油 箱 的 容 積 隨 設(shè) 備 不 同 、 使 用 場 所 的 不 同 而 有 差 異 。 通 常 可 設(shè) 計(jì) 成 等 于 系 統(tǒng) 兩 分 鐘 最 大 流 量 即 可 。 當(dāng) 不 能 提 供 具 有 隔 板 的 油 箱 時(shí) ,可 采 用 具 有 去 除 氣 泡 裝 置 的 油 箱 。 試 驗(yàn) 表 明 ,采 用 60 目 的 金 屬 網(wǎng) ,安 裝 傾 斜 角 30° 效 果 最 佳 ,它 能 去 除 90 %混 入 油 液 中 的 氣 泡 。 (3) 油 箱 中 的 油 液 應(yīng) 加 至 油 標(biāo) 線 的 規(guī) 定 ;吸 油 管 一 定 要 浸 入 油 池 的 2/ 3 深 度 處 ;油 液 的 黏 度 要 符 合 使 用 說 明 書 的 規(guī) 定 ;過 濾 器 要 定 期 清 洗 ,防 止 被 污 物 堵 塞 。 (4) 液 壓 系 統(tǒng) 的 回 油 管 要 插 入 油 箱 液 面 以 下 ,并 要 制 成 45° 的 斜 切 口 面 朝 箱 壁 ,距 箱 壁 100 mm 左 右 為 宜 。 回 油 管 徑 要 適 宜 (足 夠 大 ) ,防 止 回 油 流 速 過 高 沖 入 油 箱 攪 動(dòng) 液 面 而 混 入 空 氣 。 (5) 采 用 消 泡 性 能 好 的 工 作 油 液 ,或 在 油 液 內(nèi) 加 772006 年 第 5 期 液 壓 與 氣 動(dòng) ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 入 消 泡 添 加 劑 ,使 氣 泡 很 快 的 上 浮 消 失 。 5) 液 壓 系 統(tǒng) 中 機(jī) 械 零 件 的 振 動(dòng) 產(chǎn) 生 的 噪 聲 (1) 液 壓 系 統(tǒng) 機(jī) 械 回 轉(zhuǎn) 部 分 ,由 于 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 、 制 造 、 安 裝 等 誤 差 ,當(dāng) 工 作 時(shí) 便 產(chǎn) 生 周 期 性 的 不 平 衡 力 ,因 而 發(fā) 生 振 動(dòng) 并 輻 射 出 恒 定 的 噪 聲 。 如 液 壓 泵 驅(qū) 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 皮 帶 輪 和 皮 帶 、 傳 動(dòng) 軸 上 的 鍵 、 聯(lián) 軸 器 和 液 壓 泵 等 零 件 , 當(dāng) 電 動(dòng) 機(jī) 的 軸 與 液 壓 泵 的 傳 動(dòng) 軸 ,同 軸 度 誤 差 大 于 0. 08 mm時(shí) ,就 會 產(chǎn) 生 較 大 噪 聲 。 此 時(shí) 的 聯(lián) 軸 器 不 僅 不 吸 震 ,反 而 造 成 強(qiáng) 迫 振 動(dòng) 。 因 此 ,在 制 造 與 安 裝 過 程 中 應(yīng) 盡 量 減 小 偏 心 與 不 平 衡 ;液 壓 泵 、 電 機(jī) 支 架 與 機(jī) 座 要 用 楔 鐵 調(diào) 整 并 校 準(zhǔn) 水 平 ;緊 固 螺 釘 必 須 有 防 松 結(jié) 構(gòu) 。 (2) 設(shè) 備 的 地 基 與 機(jī) 座 、 液 壓 系 統(tǒng) 的 管 路 等 ,若 安 裝 、 調(diào) 整 不 符 合 技 術(shù) 條 件 規(guī) 定 時(shí) ,也 導(dǎo) 致 產(chǎn) 生 噪 聲 。 并 在 系 統(tǒng) 油 壓 升 高 后 ,經(jīng) 控 制 閥 改 變 油 路 方 向 和 調(diào) 壓 調(diào) 速 時(shí) ,在 所 連 接 的 管 路 上 發(fā) 生 異 常 的 振 動(dòng) 或 共 振 引 起 有 關(guān) 部 分 產(chǎn) 生 噪 聲 。 這 些 問 題 都 值 得 注 意 ,但 無 論 在 什 么 情 況 下 ,都 應(yīng) 使 液 壓 系 統(tǒng) 的 管 路 盡 量 短 一 些 ,長 度 要 選 擇 適 當(dāng) ,并 用 堅(jiān) 固 的 、 能 吸 振 的 支 撐 加 以 固 定 ,避 免 發(fā) 生 駐 波 或 共 振 現(xiàn) 象 。 2 液 壓 系 統(tǒng) 的 噪 聲 衰 減 、 阻 尼 和 隔 離 如 前 所 述 ,液 壓 系 統(tǒng) 的 主 要 噪 聲 源 是 液 壓 泵 。 為 了 降 低 由 其 產(chǎn) 生 的 噪 聲 ,可 在 泵 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 和 制 造 中 采 取 一 定 的 措 施 來 消 除 機(jī) 械 沖 擊 和 壓 力 沖 擊 。 但 是 , 由 于 液 壓 泵 幾 何 空 間 變 化 的 不 均 勻 性 所 造 成 的 壓 力 脈 動(dòng) 是 較 難 消 除 的 。 為 此 ,在 實(shí) 踐 中 可 采 取 衰 減 、 阻 尼 和 隔 離 的 辦 法 來 減 小 或 消 除 液 壓 系 統(tǒng) 中 的 噪 聲 。 (1) 用 脈 動(dòng) 衰 減 器 來 防 止 噪 聲 擴(kuò) 散 。 衰 減 器 有 能 量 吸 收 型 和 反 射 消 除 型 兩 大 類 ,應(yīng) 用 衰 減 器 ,既 不 會 全 部 吸 收 、 也 不 能 全 部 反 射 ,它 在 一 定 的 頻 率 范 圍 內(nèi) 可 以 看 成 是 一 個(gè) 特 定 的 過 程 ,或 主 要 是 吸 收 、 或 主 要 是 反 射 。 能 量 吸 收 型 衰 減 器 是 利 用 某 些 材 料 的 特 性 、 通 過 粘 著 摩 擦 將 聲 能 變 為 熱 能 (油 溫 升 高 ) 。 所 以 ,它 只 能 衰 減 傳 入 到 緩 沖 材 料 內(nèi) 部 的 噪 聲 。 為 了 擴(kuò) 大 緩 沖 材 料 同 液 體 的 面 積 ,應(yīng) 把 緩 沖 材 料 做 成 多 孔 的 ,并 以 同 心 管 的 形 式 布 置 在 主 要 油 流 的 通 道 上 。 (2) 在 管 路 中 設(shè) 置 蓄 能 器 衰 減 系 統(tǒng) 中 的 壓 力 脈 動(dòng) 。 蓄 能 器 是 一 個(gè) 反 射 型 脈 動(dòng) 衰 減 裝 置 ,利 用 氣 體 彈 性 來 吸 收 和 釋 放 液 體 的 壓 力 能 。 依 靠 入 射 波 和 分 流 波 之 間 的 相 位 關(guān) 系 來 減 少 聲 波 向 下 游 傳 播 。 (3) 安 裝 減 振 軟 管 。 利 用 撓 性 軟 管 容 易 膨 脹 的 特 性 來 平 滑 液 壓 泵 的 壓 力 脈 動(dòng) 。 (4) 在 管 路 上 安 裝 消 聲 器 。 通 過 入 射 波 與 反 射 波 的 相 互 作 用 ,將 波 形 峰 值 部 分 的 容 量 吸 收 填 入 到 波 谷 部 分 。 這 樣 可 以 認(rèn) 為 系 統(tǒng) 沒 有 流 量 變 化 ,即 消 除 壓 力 脈 動(dòng) 。 在 液 壓 泵 的 出 油 口 串 接 一 個(gè) 大 的 容 腔 ,試 驗(yàn) 表 明 : 液 壓 泵 的 出 口 壓 力 脈 動(dòng) 原 為 1. 31 MPa ,可 衰 減 到 0. 14 MPa ,效 果 比 較 顯 著 。 (5) 在 管 道 中 串 接 濾 聲 器 。 這 是 一 種 以 相 位 消 除 為 主 的 聲 學(xué) 裝 置 ,它 可 消 除 管 路 的 流 量 脈 動(dòng) ,故 又 可 稱 為 脈 動(dòng) 消 減 器 。 它 是 一 個(gè) 開 有 無 數(shù) 小 孔 的 、 用 橡 皮 套 包 容 的 多 孔 管 ,在 橡 皮 管 與 多 孔 管 之 間 有 保 護(hù) 用 的 鋼 絲 網(wǎng) ,外 圍 沖 入 氮 氣 。 當(dāng) 壓 力 峰 值 傳 入 時(shí) ,經(jīng) 小 孔 (阻 尼 吸 收 能 量 )使 橡 皮 套 膨 脹 從 而 使 噪 聲 得 到 衰 減 。 應(yīng) 用 時(shí) ,需 根 據(jù) 壓 力 脈 動(dòng) 頻 率 和 流 量 來 選 擇 。 該 種 濾 聲 器 的 優(yōu) 點(diǎn) 是 安 裝 在 管 路 上 ,不 增 大 管 路 的 阻 力 ,一 般 狀 態(tài) 下 不 用 維 護(hù) 。 (6) 系 統(tǒng) 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 振 動(dòng) 的 阻 尼 。 為 了 減 少 噪 聲 的 傳 播 ,避 免 一 些 零 件 的 共 振 ,可 在 液 壓 系 統(tǒng) 的 管 道 、 罩 殼 、 板 狀 零 件 等 的 表 面 上 粘 貼 或 涂 上 一 層 阻 尼 材 料 ,使 這 些 零 件 的 共 振 因 阻 尼 作 用 而 得 到 衰 減 ,從 而 減 少 空 氣 噪 聲 的 輻 射 。 這 種 辦 法 對 于 抑 制 高 頻 率 噪 聲 較 為 有 效 。 阻 尼 材 料 一 般 可 用 內(nèi) 消 耗 較 大 的 材 料 ,如 瀝 青 、 聚 硫 酯 橡 膠 或 聚 氨 酯 橡 膠 以 及 其 他 高 分 子 材 料 。 3 結(jié) 束 語 從 機(jī) 械 部 分 零 件 的 材 質(zhì) 方 面 減 少 噪 聲 ,國 外 有 的 采 用 高 阻 尼 材 料 如 錳 銅 合 金 、 鎳 鈦 合 金 以 及 含 高 磺 的 孕 育 鑄 鐵 等 制 作 泵 體 或 閥 體 。 近 年 來 國 內(nèi) 也 開 始 試 生 產(chǎn) 高 阻 尼 材 料 ,如 錳 銅 合 金 MC277 和 鐵 鉻 合 金 AJ21 等 。 經(jīng) 一 些 單 位 使 用 ,減 振 、 降 低 噪 聲 效 果 比 較 明 顯 。 液 壓 裝 置 的 噪 聲 還 可 采 用 柔 軟 多 孔 材 料 ,如 毛 氈 、 纖 維 板 、 石 棉 、 玻 璃 纖 維 、 泡 沫 塑 料 等 進(jìn) 行 吸 收 隔 離 。 如 將 噪 聲 源 放 在 隔 板 的 后 面 ;對 于 噪 聲 高 的 液 壓 元 件 用 隔 罩 罩 起 來 。 對 高 壓 泵 一 類 的 強(qiáng) 噪 聲 源 ,目 前 采 用 的 措 施 是 把 動(dòng) 力 裝 置 單 獨(dú) 放 在 一 個(gè) 隔 音 減 振 的 房 間 內(nèi) 封 閉 的 辦 法 。 使 進(jìn) 出 油 口 管 道 接 通 工 作 機(jī) 構(gòu) ,運(yùn) 行 參 數(shù) 的 調(diào) 節(jié) 、 選 用 是 在 工 作 地 點(diǎn) 的 操 縱 臺 上 通 過 遙 控 進(jìn) 行 ,以 減 少 噪 聲 對 操 作 人 員 的 輻 射 。 □ 歡 迎 訂 閱 《 液 壓 氣 動(dòng) 》 雜 志 87 液 壓 與 氣 動(dòng) 2006 年 第 5 期 ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. 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