气动阀间歇性排气噪声辐射规律的研究

　　气动摩擦离合器作为机械加工设备的主要部件被广泛应用于实际工业之中,正常工作的气动摩擦离合器气缸经管道和气动阀排气时会产生高达120 dB的间歇性排气噪声,该噪声持续时间很短(大约012~013 s),脉冲性强,排气量大,流速高(达到声),对操作工人以及周围环境造成了极大的危害.因此,研究噪声所产生的机理进而控制它是十分必要的.

　　在文献[1-2]中,Lighthill的小振幅波动方程指出了气流产生噪声的声源,以及给出了远声场的总声压与速度的关系式,但不能从该方程中获得声源特征和噪声频谱特性.文献[3-4]所研究的噪声局限在由大容器(例如大型压缩气罐排空)通过小管径排气所产生的稳定性排气噪声,以及由内燃机工作时所产生的周期性排气噪声,因此噪声声压公式不适用于气动阀间歇性排气时的噪声声压的计算.文献[5-6]指出了气动阀排气噪声是一种间歇性排气噪声,该噪声声源主要是单极子源和四极子源,并分别建立了低、高频带内的总噪声声压与速度的关系,但没有建立该噪声频谱与声源动力特性间的关系式.

　　本文利用空气动力学理论,分析了气动阀排气系统在不同位置中噪声声源的分布,指出在管道排气口处为该噪声的主要声源部位,该声源是一种脉冲激波式声源,并依此建立了排气口处的脉冲激波式声源与气缸内气压、活塞运动及空气流速的关系.以活塞式声源辐射模型近似逼近气动阀间歇性排气噪声,建立了不同频率下间歇性排气噪声辐射的声压及声压级公式,并在PFC-B-82型气动摩擦离合器与制动器的实验台上进行了实验.通过理论计算与实验结果的对比分析,证明本文建立的频谱分析模型可为控制、降低噪声以及气动阀的故障诊断提供理论依据.

　　1 声源分布及脉冲激波式声源

　　当空气经不同口径、不同长度的管道和气动阀流动时,都会在不同位置处伴随有气体质量的变化和速度的波动,由此造成的声源分布在排气气流中是一个分布式声源.由实验测试可知,在气动阀排气口处的气流速度和质量的变化,远大于气缸、气动阀及管道内的情况,因此主要噪声源在管道排气口处.在PFC-B-82型气动摩擦离合器与制动器实验台上,当初始气压为0147 MPa时,实验测得的气缸内气压(压力)以及压力导数随排气时间的变化如图1所示.从图1中可以看出,气缸内的气压会出现突变,其导数类似脉冲式变化.对图1中的曲线进行拟合时发现,气压的导数非常近似于sinc(t)函数,而气压则是以sinc(t)的积分形式变化,气缸内压力的这种变化是由空气气流中存在的驻波式压力激波现象造成的.根据空气动力学理论分析可知,在管道排气口处气流流量和气流速度的波动也是类似于气缸气压的脉冲式变化.因此,可称气动阀间歇性排气噪声声源为脉冲激波式声源.