轴向柱塞泵流体噪声的机理分析

　　0　前　言

　　液压泵是液压系统的动力源,也是液压系统的主要噪声源.降低液压泵的噪声是提高产品性能指标的重要措施.轴向柱塞泵的噪声主要包括流体噪声和机械噪声两大类.其中流体噪声包括泵流量脉动与压力脉动产生的噪声、吸空及气蚀产生的噪声和配流噪声等.在轴向柱塞泵的噪声研究中发现,在目前使用的轴向柱塞泵中,由于配油盘困油区设计的不合理而造成的流量脉动依然存在.轴向柱塞泵的流量脉动不仅会引起液压泵输入、输出管道内的液压油的压力脉动,而且这种压力脉动再经过系统中的油液、液压元件的传递后,会形成液压系统的流体噪声[1].因此在关于液压柱塞泵降噪基础理论的研究中有必要对轴向柱塞泵由流量脉动引起的流体噪声机理进行分析.

　　1　轴向柱塞泵流体噪声机理分析

　　1.1　轴向柱塞泵本身固有的流量脉动引起的流体噪声

　　由于轴向柱塞泵有多个柱塞同时处于排油腔和进油腔,所以泵的瞬时流量为同一瞬时所有处于排油腔的柱塞的瞬时流量之和,即轴向柱塞泵的输出流量是各个柱塞半正弦流量的叠加[2].

　　当柱塞数Z为奇数时:

　　其中:ω——转子旋转角速度;

　　A——柱塞工作面积;

　　R——柱塞在转子上的分布圆半径;

　　α——相邻两个柱塞在转子上的间距角;

　　δ——流量不均匀系数;

　　γ——斜盘倾斜角;

　　φ——缸体转角.

　　由上式可以看出:奇数柱塞泵输出流量的不均匀系数大大低于偶数柱塞泵输出流量的不均匀系数.

　　可见,对轴向柱塞泵来说,流量脉动是轴向柱塞泵固有的特性[3].对于不同柱塞数目的液压泵,均有相应的固有流量脉动.由于液压泵的流量脉动势必引起泵出口及管路的压力脉动,这种固有的流量与压力脉动必然要产生流体噪声.为此在设计时为了减小轴向柱塞泵输出流量脉动的幅值,大多数轴向柱塞泵采用奇数柱塞.

　　1.2　轴向柱塞泵配油盘困油区压力冲击引起的流体噪声

　　对轴向柱塞泵而言,主轴旋转一周,每个柱塞均作一次吸油到压油的循环.如果柱塞的吸油、压油过程的相互转换是突然发生的,其结果是:当柱塞泵的工作腔从吸油区向压油区转换时,压油窗口内的高压油会瞬时逆流到输回柱塞腔内,使柱塞工作腔内的压力迅速上升,出现“高压回流”,造成很大的压力冲击.这种周期性的“高压回流”液压冲击,不仅导致柱塞泵输出流量、输出压力的脉动,而且也是柱塞泵产生流体噪声的主要原因之一.柱塞泵的工作压力越高,“高压回流”现象所造成的液压冲击越严重.通过对63SCY14-1B型轴向柱塞泵的流量脉动进行测试,可得该泵在p=20MPa时流量脉动的实测结果(图1).图中曲线明确显示了该泵在配油过程中的流量倒灌现象,说明正是由于“高压回流”造成了该柱塞泵输出流量的周期性大幅度脉动.