矿用斜轴泵振动特性的研究

　　1　斜轴泵的振动机理分析

　　斜轴式轴向柱塞泵由于其工作压力高、流量大、易实现变量控制等优点,因而被广泛应用于机械设备的液压系统中。由于斜轴泵的高压高速,故而振动比较严重。斜轴式轴向柱塞泵的振动主要是由于泵内各运动部件的振动和液压振动而产生的,振动的产生大致有以下几种。

　　1.1　连杆的换杆撞击

　　斜轴式轴向柱塞泵是一种无铰型斜轴泵,它依靠连杆的圆锥面与柱塞内壁接触来拨动缸体旋转,同时由连杆带动柱塞作往复运动,实现吸油和排油的工作过程。由于连杆与柱塞内壁存在间隙,当主轴转过一定的角度后连杆才接触柱塞内壁,带动缸体转动,在转动过程中不可能做到各连杆同时与相应的柱塞内壁接触,当连杆数为奇数时,只有一根转角差最小的连杆带动缸体,每根连杆在一转中与柱塞内壁接触两次。在接触的瞬时(Δt=0),缸体的角速度产生变化,连杆受到高频撞击(即换杆撞击),因而产生撞击振动,每根连杆每分钟撞击2n次,故撞击频率

　　式中n——泵的转速,r/min

　　z——泵的柱塞数,z=7

　　1.2　压力转换引起的配流冲击

　　随着缸体的转动,配流盘的吸、排油区相互转换,柱塞腔内高低压力突然转换,引起泵内作用力和作用力矩的脉动及突变,产生很大的冲击力,导致缸体及配流等部件的振动,其振动频率

　　1.3　流量和压力脉动

　　由流量脉动引起的压力脉动导致泵壳和管路系统的振动。当柱塞数为奇数时,其流量每转变化2z次,故流量脉动与压力脉动的频率

　　2　振动信号的测试

　　根据上述斜轴泵振动产生的机理分析,我们在试验室的试验台上对泵的振动信号作了实测,用磁带记录仪记录了所测试的信号,测试系统如图1所示。

　　振动信号由YD-1加速度传感器拾取,由DFH-4电荷放大器放大后送入XR-510C磁带记录仪。加速度传感器采用磁吸座固定,分别放置在泵端盖上和泵体的摆缸壳上。

　　3　振动信号的功率谱分析

　　信号分析系统由A/D转换板、AST386计算机和分析软件组成,通过磁带记录仪回放所测试的信号,由计算机进行信号处理,分析振动信号的功率谱。图2为转速360r/min和1200r/min时不同压力下振动的自功率谱图。

　　当转速n=360r/min时,由式(1)和式(3)算出换杆撞击的基频和流量脉动的基频为84 Hz,由式(2)得配流冲击的基频为42Hz;从图2(a)中可看出,当压力较低时振动的主要能量在84Hz和336Hz(4f1)处,当压力增大时主要能量仍在84Hz、168Hz(2f1)与336 Hz(4f1)处;同时由于压力的增大,其配流冲击振动增大,在126 Hz(3f2),378Hz(9f2)及f2的倍频处功率谱幅值都有增加,可以看出当转速较低时,斜轴泵的振动主要来源于连杆的换杆撞击振动和流量脉动。当转速n=1200r/min时,换杆撞击的基频为280 Hz,配流冲击的基频为140Hz;从图2中看出,当压力为3MPa时,高次谐波比低速度时多,但主要能量仍在280Hz(f1)和560 Hz(2f1)处,即振动的主要成分仍是由连杆换杆撞击和流量脉动引起的。当压力上升到9MPa时,配流冲击振动增大,其f2的倍频处高次谐波幅值明显增大;当压力增大至15MPa时,配流冲击的基频处(140Hz)能量增大,各倍频(奇数倍)处幅值明显增大,此时配流冲击为主要振动源。