直驱式电液伺服闭式回路的噪声分析

    相对于阀控系统的开式回路,泵控闭式回路液压冲击小、效率高、可靠性好、结构紧凑且容易实现无级变速,在工程机械、建筑机械、农业机械等静压传动机构中得到了广泛的应用[1-2]。现有闭式液压回路多由变量泵与执行元件组成,作为伺服元件的变量泵在油液被污染后易损坏,从而导致停机故障,成为安全生产的隐患。泵控型闭式回路虽然在低速或怠机时可以通过调节斜盘角度减小流量输出来减少能耗,但由于驱动变量柱塞泵的电机此时仍在高速旋转,不可避免地使配流盘与柱塞滑靴长时间接触,最终导致变量泵磨损而不能正常工作[3-4]。随着交流伺服技术的快速发展,一种新型的闭式液压回路———直驱式电液伺服闭式回路得到了国内外专家越来越多的关注。该闭式回路结构原理图如图1所示,采用马达作为执行元件。该闭式回路采用交流伺服电机或变频电机直接驱动泵工作,通过改变电机的转向、转速和运转时间来控制定量泵的运转方向、流量和工作时间,从而实现对执行元件方向、速度和位移的控制。和传统的闭式回路相,直接驱动电液伺服闭式回路中采用交流伺服电机或变频电机驱动定量泵取代了异步电机驱动变量泵的控制方式,对系统清洁度要求大大降低;该闭式回路去除补油泵,通过与油箱相连的两单向阀实现泄漏油的补偿,使得结构更加紧凑;同时,该闭式回路去掉了泵站和管路,减少了控制元件,使得闭式回路结构紧凑、噪声小、可靠性更高,节约能源且绿色环保,是一种高效节能、集成度高的液压动力方案,在飞行器控制、舰船控制、各种金属成型机械、塑料注塑机等轻工机械、水利机械、冶金设备、大功率环境模拟装备、农用机械、工程机械等自动化装备中有广阔应用前景[5-6]。

    某大学研制的直驱式电液伺服转叶舵机原理样机中采用直驱式电液伺服闭式回路,其结构原理如图1所示。直驱式电液伺服转叶舵机具有结构紧凑、重量轻、占地面积小、控制简单、可靠性高、节能高效的优点,是一种非常有应用前景的舵机形式。在研发过程中发现直驱式电液伺服闭式液压回路有较大噪声,且低速时舵机有爬行。作者从噪声产生的机理入手,研究直驱式电液伺服闭式回路噪声的主要影响因素,提出一种无动力补油技术方案,以降低该闭式回路中的噪声。

    1　液压系统常见噪声

    根据介质的不同,噪声可以分为空气噪声ABN(Air Borne Noise)、流体噪声FBN (Fluid BorneNoise)和固体噪声SBN (Structure Borne Noise)。在液压系统中,同时存在空气噪声ABN、流体噪声FBN和固体噪声SBN。液压泵、液压控制阀和管路内油液的压力变化(FBN),激发固体壁面产生结构振动(SBN),固体壁面的振动又促使和固体壁面相接触的空气产生振动,从而产生声压波,成为空气噪声(AN)传播出去[7]。