蓄能器组吸收水压泵压力脉动机理与试验研究

    泵的噪声主要来自于机械噪声与流体噪声,压力脉动是引起流体噪声的重要因素。压力脉动与流量脉动有关。对于柱塞泵而言,由于柱塞在吸水和压水过程中的往复运动使得流量发生脉动,当这种脉动传递到液压元件上时,会激发液压元件振动,辐射出噪声[1]。因此,采取合理的措施降低压力脉动有利于泵的减振降噪。

    当前,液压系统普遍采用在泵后管道上安装蓄能器消除系统压力脉动降低噪声[2],但是这种安装在管道上的蓄能器并不能消除流量脉动,达到降低系统振动的目的[3],它也不能减小泵本身的压力脉动。本文以阀配流斜盘连杆式海(淡)水轴向柱塞泵(简称水压泵)为研究对象,介绍该泵的总体结构与工作原理,阐述压力脉动产生机理和蓄能器组吸收脉动机理,然后对泵内出水口壳体中安装盒式隔膜蓄能器组前后、不同的蓄能器组充气容积、不同负载压力下水压泵的压力脉动进行仿真与试验研究。

    1　水压泵的总体结构及脉动机理

    1.1　水压泵的结构与工作原理

    图1为所研究的水压泵结构原理图。该泵采用斜盘连杆机构回程,缸体上均匀分布7个柱塞组件以及阀体上有与之配套的径向安装的阀配流。其工作原理为电机通过减速器带动主轴旋转,主轴曲拐处与斜盘用两个角接触球轴承连接,主轴通过轴承推动斜盘在导向环的约束下,只绕自身中心做小角度的摆动,摆动的斜盘通过连杆带动柱塞做往复直线运动。

    1.2　压力脉动产生机理

    当系统存在流量脉动时,在有负载阻力的情况下系统中将产生压力脉动[4]。由于柱塞泵结构上的原因,柱塞的速度是瞬时变化的,压出区柱塞数目也在变化,因此流量脉动是柱塞泵不可避免的现象。

    该泵组系统采用节流阀进行不同工况的加载试验,在不考虑泵泄露的情况下,有下述式子成立

    Q =Q₁=C_JΔP        (1)

式中,Q为泵输出流量;QJ为通过节流阀的流量;CJ为流量系数;ΔP为节流阀进出口压差,该系统回油压力为零,则其值为泵出口压力P。

    对于固定节流孔,其在某一压力附近,流量-压力关系可认为线性关系,即已知负载压力为p0,流量为q0时,其流量系数可为q0/p0,那么将系统流量方程线性化并进行拉氏变换整理得

    根据式(2)既可以看出流量与压力的关系也可以得知压力脉动与流量脉动幅值比为p0/q0。

    2　蓄能器组吸收脉动机理

    在泵内出水口壳体中安装盒式隔膜蓄能器组。分析蓄能器组吸收脉动机理时,连接蓄能器组的环形出水口相当于管道,那么吸收压力脉动蓄能器组回路简图如下。