液压转向阀内噪声因素的研究

　　0 引言

　　随着消费者对舒适性需求的提高,汽车制造行业从各方面改进设计。其中对于传动系统的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)特性的研究,已经成为汽车行业的研究热点之一。在汽车的NVH特性问题中,液压转向器转阀的啸叫声成为急需解决的突出问题。

　　液压元件中的气穴现象是液压系统噪声的重要来源。当液流经过阀口时,阀口两端压差迅速增加,流速急剧加快,阀口收缩面处的压力接近饱和蒸气压时,气穴产生。液压转向阀的流道尺寸小、工作压差大、阀口流速高,从气泡微观上研究液压元件中的气穴现象非常困难。

　　国外的Thomas Zenke等人研究了转叶泵的气穴现象,得出气穴的两种不同形式和气穴的成因。国内的杜学文、王庆丰等人研究了节流阀的节流槽结构与气穴噪声间关系,通过预测气穴噪声的声压模型,并实施试验验证,发现节流槽结构可改变气穴噪声。

　　液压助力转向器由于其液流截面、压力、流速的不断变化,流动噪声成为棘手的问题,其中转动转阀时产生的啸叫声尤为普遍。本文则主要研究液压转向器转阀噪声的影响因素以及减弱噪声的方法。

　　1 转阀控制槽结构特性分析

　　液压转向阀的内部结构如图1(a)所示,主要部件包括阀芯、阀套、扭杆、小齿轮。阀内部有可供液流通过的连续12个凹槽,阀芯和阀套上各有6个,中间的夹角均是60b;阀套内凹槽上间隔开有3个与油腔A相连的油口A和3个与油腔B相的油口B,阀套内凸槽间隔各开有3个阀进油口和出油口;阀外部在阀套上沿轴向分布3个平行的环形凹槽,这3个槽相互不连通且分别与阀套内部的各3个油口A、3个油口B、3个进油口相通。阀套与阀芯相对位置的改变,通过阀芯凹槽与阀套凸槽间的开口变化甚至关闭来控制阀内液流分配。以图1(c)所示的以转阀逆时针转动为例,此时A、P口间控制槽和B、R口间控制槽的开口变大,而B、P口间控制槽和A、R口间控制槽的开口变小并趋于关闭;液压油由P口进入A口,再经由内部油管进入壳体缸筒内油腔A;同时油腔B内液压油经由内部油管回到B口,再从R口回到储油罐;这样驱动齿条沿油腔A向油腔B方向前进。反之亦然,转阀顺时针转动,可驱动齿条沿油腔B向油腔A方向前进。

　　由实验得知,气穴一般发生在阀内部的某些位置,当液流通过节流槽时,压力将有相应的下降。ShigeruOshima在1994~2003年间用一个独立提升阀,详细研究了其气穴特性。Hisanori在1994年研究公布了噪声的测量结果并对减压阀进行了数值模拟。这些研究表明,流道和阀口的几何形状对阀的噪声有很大影响。

　　在转阀控制边闭合的瞬时,阀芯控制槽内的高压油通过迅速变小的节流通道进入阀套控制槽,在控制槽唇口两侧迅速形成高压差,流速瞬间加快,当控制边收缩截面处的压力达到临界空化压力时,就会产生气穴,从而产生啸叫声。仍以图1(c)为例,随着转阀逆时针转动, B、P口间控制槽唇口和A、R口间控制槽唇口截面同时趋小(理论将归零),将导致不同的气穴状态, B、P口间产生的气穴在输入压力和卸流压力间产生,可称之为收缩状态;A、R口间产生的气穴在工作压力和回流压力间产生,可称之为扩张状态。