低噪声径向柱塞泵的设计与研究

　　0　引言

　　径向柱塞泵因其能实现高压力和大流量的优点而广泛地应用于各种液压设备中,然而,它也是各种液压泵中噪声最大的一种泵。当今,随着人们对环保意识的增强,不仅要求它具有高压力、大流量的优点,而且还要求它噪声低。本文对最新研制的低噪声径向柱塞泵,围绕如何降低其噪声,进行讨论研究。

　　1　配流轴上摩擦噪声的消除

　　秉承以往径向柱塞泵和双作用叶片泵结构特点,本文设计了一种新型的低噪声径向柱塞泵,现简单介绍如下:如图1所示,8个柱塞均布在转子上,在离心力大于惯性力、摩擦力等的作用下,使圆柱滚子紧贴于定子上,不会有脱空的现象;另外,这里采用的定子曲线为四段相同范围角的高次(八次)曲线方程光滑连接而成;由于本泵为双作用泵,有4个配液窗口,2个吸油口和2个排油口,它们各自互成180°的角度。根据上面的介绍,我们可知,在任何时候,所有互成180°的柱塞会同时处于高、低压腔,那么这些互成180°的柱塞在径向所产生的液压力将会平衡,即本泵中配流轴上将无径向不平衡力的存在。和以往的径向柱塞泵相比,本泵将消除配流轴上由于受径向不平衡力而产生的较大摩擦力,甚至抱轴现象所带来的摩擦噪声,这一摩擦噪声是径向柱塞泵中机械噪声的主要来源之一。本泵中控制了此摩擦噪声,与以往的径向柱塞泵相比这将有很好的降噪效果。

　　2　压力脉动噪声的降低

　　本泵中的定子曲线采用八次曲线方程,其描述如下:

　　式中　α——过渡曲线范围角

　　φ——转角

　　R₂——定子曲线大半径

　　R₁——定子曲线小半径

　　图2是八次曲线的特性图,从图可知,此曲线的速度特性、加速度特性和加速度变化率均较连续光滑,使其有良好的力学特性和振动特性,是一种完全无冲击低噪声的高次曲线。以本设计参数为例:工作压力21MPa,最高压力28 MPa,排量160 mL/r,转速1000 r/min。经过设计得其定子曲线大、小半径尺寸为139.2mm,128.8 mm,配流轴半径为49 mm。首先,研究它的流量脉动,我们知道为使泵的流量均匀,必须保证吸油区或排油区柱塞径向速度之和为常数。本泵中转子转动时,任何时候总有4个柱塞处于高压排油区,而另外4个柱塞处于低压吸油区,经过演算,径向速度之和为常数。所以:

　　也就是说,理论上本泵的压力脉动为零,或说不存在压力脉动噪声。

　　3　配流噪声的控制

　　径向柱塞泵是一种容积式泵,由于容积式泵高、低压腔压力是阶跃的,转子上的工作腔把低压油送入排油腔,瞬间便会被压缩,高压腔中的油液瞬间向工作腔倒流,通常称为液压回冲,形成油击,这不仅使容积泵排油波形失去均匀性,而且还会产生噪声。同样,转子上的工作腔排完油,处于闭死容积中的高压油无法排净,瞬间和吸油腔接通,也会瞬时膨胀,形成噪声。为此,我们研究配流轴不仅是研究它用于配流,同时还要研究如何利用它来解决由于油击而产生的噪声,即配流噪声。