液壓系統的振動與噪聲分析及改進措施

閆小龍 王 龍 陳 睿

（海軍蚌埠士官學校，蚌埠 233000）

液壓系統的振動與噪聲分析及改進措施

閆小龍 王 龍 陳 睿

（海軍蚌埠士官學校，蚌埠 233000）

液壓系統中振動與噪聲相伴而生，隨著液壓設備廣泛應用，控制液壓系統的噪聲日益重要。本文分析振動與噪聲產生的機理，有針對性地提出相應控制措施，以助于設計液壓系統時從源頭控制，這對使用過程控制噪聲污染具有重要的指導意義。

液壓系統 振動 噪聲

目前，液壓系統不僅在民用領域廣泛應用，而且在艦船以及潛艇也應用較廣。液壓系統的振動與噪聲相伴而生，是常見的問題，同時也是目前無法完全避免的問題。隨著液壓系統向著高壓、高速和高功率方向的發展，液壓系統振動和噪聲的危害更加顯著。噪聲不僅影響操作人員的身心健康，還會影響系統的正常工作及使用壽命，嚴重時甚至導致系統無法正常工作。因此，研究液壓系統振動與噪聲產生的機理以及控制措施，對系統的長期穩定工作，改善系統性能等方面意義深遠。

1 液壓系統中振動與噪聲產生原因分析

（1）氣穴產生的噪聲。氣穴現象是指吸油腔中某點壓力低于空氣分離壓力時，溶解在油液中的氣體析出，在油液中生成氣泡。如果壓力繼續降低，低于液體飽和蒸汽壓力時，液體會迅速汽化，加劇氣穴現象。氣穴現象破壞了油液的連續性，造成系統內壓力、流量的波動。當氣泡由低壓位置輸送到高壓位置時，氣泡在壓力作用下迅速潰滅，在氣泡凝聚的位置，壓力和溫度驟然升高，引起強烈的振動和噪聲。氣穴現象產生時不僅伴有尖銳的嘯叫聲，對人造成傷害，還伴有壓力大幅波動，嚴重時會使設備不能正常工作。同時，氣泡破滅產生的高溫高壓環境，必然對零部件造成損壞，縮短使用壽命，因此，要避免氣穴現象產生。

（2）液壓泵、液壓馬達引起的噪聲。液壓泵、液壓馬達產生的噪聲通常是液壓系統中所產生的噪聲的主要部分，其噪聲一般與壓力、轉速和功率成正比，可分為機械噪聲與流體噪聲。機械噪聲主要是由其配流軸或配流盤上受到的軸向或徑向不平衡力導致摩擦產生的噪聲。當不平衡力過大時，甚至會抱軸或燒盤現象，從而產生更大的振動與噪聲。流體噪聲主要是壓力脈動和配流（困油現象）導致。

（3）電動機—液壓泵機組的振動噪聲。機械系統中，噪聲與振動相伴而生。液壓系統中，電動機、液壓泵和液壓馬達高速旋轉。如果回轉部件不平衡，會產生機組周期性不平衡力，導致轉軸的彎曲變形，從而引發結構噪聲。當機組產生的振動在某一頻率上與系統管路閥件共振時，會產生很大的振動與噪聲，對機器造成較大傷害，嚴重時導致系統無法正常工作。

（4）液壓閥的噪聲。液壓閥的噪聲主要來自于元件內部流體壓力、速度和方向變化時引起的振動和噪聲。液壓閥種類繁多，其中溢流閥、節流閥等因壓力變化而產生的噪聲最為顯著。

（5）管路的噪聲。液壓系統中，管路壓力大，流速高而且很長。當系統工作時，會有大量的脈動沖擊，帶動管路振動產生噪聲。當管路長度等與共振長度時，會加劇振動。管路設計時，在保證系統正常工作前提下，首先要盡量避免產生死彎。管路轉彎處曲率半徑不小于5倍液壓管外徑。其次，管路盡量短。當必須長距設置時，增加管路支撐件數量或者分段設置，從而減小工作時管路振動幅度。最后，合理間距設置管路固定卡箍，定期檢查，確保固定卡箍無松動現象。

2 液壓系統振動與噪聲控制措施

2.1 氣穴噪聲的控制

一是降低吸入口真空度。可以通過以下措施改善：降低泵與油箱的高度差；加大吸油管管徑，減小泵與油箱之間吸油管長度；盡量減少油管轉彎，避免油管因轉彎曲率半徑過小形成死彎；選擇合適的濾器，并經常清洗。二是要保證系統密封。由于接頭處螺栓預緊力太小或密封墊圈失效，外界空氣進入系統，加劇氣穴現象。因此，要經常檢查密封情況，發現密封失效，要及時更換。三是應根據地區、季節變化選用不同牌號的液壓油，保證液壓油箱有良好的散熱條件，避免液壓油汽化。

2.2 液壓泵、液壓馬達引起的噪聲控制

通過降低不平衡力達到降低機械噪聲的目的。泵和馬達的結構形式對液壓系統產生的不平衡有重大影響。雖然國內許多液壓泵廠家通過優化設計已經顯著降低其噪聲，但在液壓系統設計中，在滿足系統設計壓力和流量的前提下，選用徑向力相互抵消從而平衡的雙作用葉片泵、內嚙合齒輪泵或螺桿泵，其噪聲遠小于軸向柱塞泵。對于壓力脈動產生的流體噪聲，可以通過裝設蓄能器，減小脈動影響。

困油現象是指液壓泵工作時，一部分油液被封閉在容積變化的容腔內。容積減小時，壓力升高，油液從縫隙中擠出，封閉腔容積增大又會造成局部真空，使油液中溶解的氣體析出，因此產生強烈振動與噪聲。消除困油現象主要是在泵的設計過程，采取泄油槽或泄油孔排出高壓液體。在維護保養液壓泵時，要仔細檢查、測量卸荷槽有無變化。如有變化，嚴格按照設計尺寸修正。

2.3 電動機—液壓泵機組的振動噪聲控制措施

對與機組振動產生的噪聲，可以通過以下措施進行改進。

（1）減小回轉部件不平衡性，消弱因此產生的不平衡力的擾動。試驗數據表明，當電動機與液壓泵之間的同軸度超過0.02時，就會引起機組振動噪聲；當超過0.08時，就會產生強烈振動噪聲。因此，要提高電動機、液壓泵和液壓馬達的制造工藝水平，消弱機器自身因素。同時，要嚴格安裝質量，通過加橡膠墊聯軸器連接，有效提高機組的同軸度，保證同軸度控制在0.02以內，改善機組的動平衡性能，從而降低噪聲。

（2）采用合理隔震技術，并防止機組共振。主要有三種方式：

a.在液壓泵出口出加設一段柔性接管，減少機組振動傳導至管路系統。對于較長的管路，分段中間加柔性管連接，較小管路系統振動傳導。

b.在機組與安裝底座間設減震器。減震器有金屬減震器、彈簧減震器、橡膠減震器等。前兩種使用與10Hz一下的低頻振動，艦船液壓系統振動大多在6～100的中頻范圍內。因此，艦船液壓設備常采用橡膠和金屬骨架構成的橡膠減震器。選用減震器時，首先依據機組質量，確定型號和數量。然后根據機器轉速求得擾動頻率f；結合廠家提供f0，求得傳振系數Tf與減震效率η。當0.4＜f/f0＜1.7，Tf=1時，為機組共振區，當2.5＜f/f0＜4.5,Tf＜1,η＞90%時，減震效果最好。f/f0值過大，因其靜態壓縮量大，減震效果變差。此外，減震器數量和機組穩定性正相關，布置減震器時，應保證所有減震器變形量基本一致，且不能超過變形極限值。

式中，f為擾動頻率；f0為減震器固有頻率；Tf為傳振系數；η為減震效率。

c.增加機組配重，配重一般為機組重量的2～3倍，目的是通過增加質量，加大擾動頻率與機器固有頻率之比，從而提高減震效果。增加配重不僅可以降低機組的振動噪聲，還降低了機組的重心，提高了機組的穩定性，并改善了系統剛度，減少了設備傾斜度等。

（3）采用隔聲罩。隔聲罩在聲音產生的源頭把聲音隔離，在造價和降噪方面都有明顯優勢。形狀一般為拱形體或曲面體，以消弱罩內駐波效應，盡量少開口且內壁附有吸聲材料。隔聲罩一般采用柔性材料制作，并要求有一定質量，避免隔聲罩產生共振。

2.4 液壓閥的噪聲控制措施

在液壓系統設計時，通過使用帶有壓力恒定裝置的變量泵，盡量減少采用流量較大的溢流閥和節流閥調節系統壓力和流量。此外，選用的液壓閥時，閥芯復位彈簧固有頻率，盡量避免落在油泵或輸油管的頻率或系統內其他振動頻率內，以免共振。

2.5 管路的噪聲控制措施

管路設計時，在保證系統正常工作前提下，首先要盡量避免產生死彎。管路轉彎處曲率半徑不小于5倍液壓管外徑。其次，管路盡量短。當必須長距設置時，增加管路支撐件數量或者分段設置，從而減小工作時管路振動幅度。最后，合理間距設置管路固定卡箍，定期檢查，確保固定卡箍無松動現象。此外，在管外部涂高阻材料，也可有效消減管路振動，并減少噪聲輻射，尤其對高頻噪聲有較好的效果。

液壓系統中，振動和噪音非常有害。它的產生和傳播是一個復雜的過程，不僅與元部件的結構設計和制造工藝有關，還與系統的設計、安裝和使用以及維護保養有關。振動與噪聲在目前的技術條件下，不能完全消除。因此，在液壓系統設計中，正確認識液壓系統噪聲的產生機理，并采取相應措施，盡量減小振動與噪聲的危害非常必要，對液壓系統的發展也有非常重要的意義。

[1]楊國來，王偉健，王連波，張守印.低噪聲徑向柱塞泵的設計與研究[J].液壓與氣動，2007，（2）：1-3.

[2] 陳小劍.艦船噪聲控制技海[M].上海：上海交通大學出版社，2013.

[3] 李艷.液壓機系統振動與噪聲的分析研究[J].液壓與氣動，2003，(1)：231-232.

[4] 韓全立，王宏穎.數控機床液壓系統振動與噪聲的防治及改進措施[J]．機械科學與技術，2010，(8)：1109-1111.

The Vibration and Noise of Hydraulic System Analysis and Improvement Measures

YAN Xiaolong, WANG Long, CHEN Rui
(Bengbu Naval officer school, Bengbu 233012)

Accompanying noise and vibration in hydraulic system, with the wide application of hydraulic equipment, control the noise of the hydraulic system is becoming more and more important, this paper analyzes the mechanism of vibration and noise, and put forward the corresponding control measures, targeted help to design the hydraulic system, from the source control, and has a guiding significance to the use of process control noise pollution.

hydraulic system, vibration, noise