压力脉动衰减器的仿真及实验研究

　　1 前言

　　随着现代工业生产的迅速发展，对环境噪声实施有效控制已变得越来越重要和紧迫。液压设备作为工程机械、制造机械、船舶机械、农业机械等行业的重要组成部分，在向高压、高速、大功率化发展的同时，其振动和噪声日趋严重。液压系统的压力脉动是液压设备振动和噪声的主要根源之一，在绝大多数情况下对系统的运行都是不利的^[1]。

　　液压系统的压力脉动是由流量脉动遇到系统阻抗后而产生的。液压系统中产生流量脉动的主要根源是液压泵。在液压泵出口安装压力脉动衰减器可以有效地衰减和吸收压力脉动。液压系统用压力脉动衰减器是由空气消声器发展而来，同时又针对液压系统工作介质弱可压缩性、高黏度等物理特性有所区别。

　　本文利用工程上广泛应用的频率法建立压力脉动衰减器的数学模型，并通过CFD 仿真与数学分析相结合分析压力脉动衰减器的衰减特性。最后，通过实验研究分析某型压力脉动衰减器的衰减特性。

　　2 压力脉动衰减器的数学模型

　　液压系统用压力脉动衰减器主要由抗性消声器演化而来，本文研究的压力脉动衰减器结构是由亥姆霍兹式压力脉动衰减器发展而来的特殊的多孔同心式压力脉动衰减器。亥姆霍兹式以及多孔同心式压力脉动衰减器的结构示意如图1 和图2 所示。压力脉动衰减器在液压系统中的安装示意如图3所示。

　　此处假设负载的压力恒定，采用传递矩阵的形式表示，由频率法可得亥姆霍兹式脉动衰减器的数学模型。

　　矩阵A、B、C 分别为管道 A、B、C 的传递矩阵。

　　式中: H ——— 亥姆霍兹式压力脉动衰减器L₁管的传递矩阵。

　　由管道C 和节流负载的动态特性可得压力脉动衰减器的负载导纳^[2]_:

　　式中Δp_d——— 节流阀的压力损失

　　Q_d——— 通过节流阀的流量

　　由于脉动源的流量脉动Qi在确定的系统环境及系统压力下是一定的，因此由式( 1) 、( 2) 和( 3) 可得po与Qi的对应关系。

　　考虑到目前液压系统压力脉动衰减频率特性的评价方法还不是很统一，本文采用的是以插入损失为基础的压力脉动衰减分贝数来进行评价。压力脉动衰减分贝数的计算如式( 4) 所示。

　　D ——— 压力脉动衰减分贝数

　　Δp₀——— 未装压力脉动衰减器之前的压力脉动值

　　Δp_m——— 安装压力脉动衰减器之后的压力脉动值