溢流阀动态特性、噪声分析及降噪的研究

　　引言

　　溢流阀在伺服液压系统中是重要的压力控制调节元件, 同时也是液压系统中主要的噪声源之一。根据目前调查的数据, 除了液压泵之外最大的噪声源就是溢流阀了, 这种噪声不仅直接危及到人的情绪、健康和周围环境, 而且影响液压系统工作性能, 缩短自身或其他液压元件的使用寿命, 降低产品可靠性, 甚至导致伺服能源功能失效。目前很多溢流阀产品已经对噪声提出了指标要求。因此研究溢流阀的振动和噪声、分析动态特性与噪声的内在关系、找到降低并消除噪声的方法是具有重要意义的。

　　1 溢流阀动态特性、噪声初步分析

　　液压系统的噪声分为机械噪声和流体噪声。机械噪声主要由于机械部件的振动产生的; 而流体噪声是由于压力流量脉动、气穴和气蚀、旋涡运动、高低压突变、流体的摩擦等原因造成的。对于溢流阀来说, 机械噪声主要由导阀或主阀的质量一弹簧系统的自激振荡引起的, 主要包含以下两种情况:

　　1).自激振动噪声

　　溢流阀的阀芯是支承在弹簧上的,当弹簧的(包括油液的弹性) 质量和溢流阀阻尼孔以及与负载相匹配的有关参数超过稳定临界值时, 阀芯就会因为其他部分的扰动而产生持续的自激振动和异常噪声。这种振动和溢流阀的导阀、主阀的形状及尺寸有关, 导阀、主阀和阀座的加工精度也会影响此类噪声的发生。油液温度越高, 油液粘度越低, 这种情况就越容易发生。一般先导阀接近开启压力时最容易自振, 并带来主阀的相应振动。

　　2).共振噪声

　　共振噪声是溢流阀的弹簧质量系统与液压泵等设备压力脉动高次谐波共振的结果。这种共振有时会引起阀芯敲击阀座, 产生很强的噪声。本文的研究主要是从稳定性角度出发分析某型溢流阀动态特性、模态特性, 尤其是其稳定性问题; 然后对阀的噪声进行频谱分析, 最终找出其动态特性与噪声的内在关系。

　　2 溢流阀AMESim 模型的建模

　　本文研究的对象是某型先导式溢流阀, 先导式溢流阀的主阀是由先导阀控制的。如图1 所示, 先导阀作为调压阀, 起到直动式溢流阀调压弹簧的作用, 通过主、导阀之间的阻尼孔, 控制主阀上腔的压力。先导式溢流阀能够用较小的调压弹簧控制很高的系统压力, 最大限度地改善了溢流阀的启闭特性。与此同时这也对溢流阀的结构和压力稳定性提出了更高的要求, 特别是对于作为伺服能源控制调节元件的高压溢流阀而言, 显得更为重要。因为压力不稳定将引起较大的压力波动和振动噪声。

　　AMESim(Advanced Modeling Environment for-performing Simulations of engineering systems)主要用于模拟控制对象的真实建模环境。AMESim 软件是基于图形化的仿真软件, 带有多种工程设计软件包; 其中液压仿真软件包包含了大量常用的液压元件, 液压源和液压管路等, 该软件在建立液压系统数字模型的过程中充分考虑到液压油的物理特性和液压元件的非线性特性。本文以AMESim 作为仿真计算平台就某型先导式溢流阀进行参数建模、仿真及动态特性分析。