節能環保與人機友好是液壓技術發展的重要方向,進一步降低液壓泵及液壓動力單元的噪聲成為重要的研究課題。液壓泵是液壓系統主要的噪聲源,從上世紀60年代開始,國內、外就開展了多方面的液壓泵降噪研究工作,并取得了許多成果。目前,低噪聲液壓泵的噪聲已低于驅動電動機的噪聲或與之相當,單獨對泵的噪聲進行控制,降噪空間已不大,把電動機-液壓泵組作為一個整體進行研究,尋求降噪方法,是控制液壓系統噪聲的有效途徑[1]。
電機泵是將電動機與液壓泵集成一體的新型液壓動力單元,將電能直接轉化為液壓能輸出。液壓電機丹尼遜葉片泵[2]主要由三相異步交流電動機和液壓丹尼遜葉片泵組成,電動機采用油流進行冷卻,省去了冷卻風扇。電動機和液壓泵共用一個殼體,其結構[3]如圖1所示。本文通過對電機丹尼遜葉片泵樣機和同類型電機油泵組噪聲的對比測量,得到了相關的實驗數據,并進行了分析。
2 電機
丹尼遜葉片泵樣機噪聲級測量及分析
目前,還沒有液壓電機泵相關產品測試標準,故參照液壓泵噪聲的測試標準:液壓泵空氣傳聲噪聲級測定規范,gb/t 17483-1998[4];確定電機丹尼遜葉片泵樣機和電機泵組的噪聲測量方法和測量儀器。泵起動后,通過調節溢流閥進行加載,在泵輸出壓力po從0~14mpa之間按1mpa遞增時,分別測量出電機丹尼遜葉片泵樣機和電機油泵組在每個壓力點上的噪聲級。
圖2給出了噪聲測量的現場圖,使用awa6270型噪聲分析儀,分別在距電機丹尼遜葉片泵樣機與電機油泵組軸線方向1 m處進行a聲級噪聲對比測試。電機丹尼遜葉片泵樣機和電機油泵組的噪聲隨泵的輸出壓力變化曲線如圖3所示,電機丹尼遜葉片泵樣機噪聲明顯低于電機油泵組的噪聲?？蛰d(po=0 mpa)時,電機丹尼遜葉片泵樣機的噪聲聲級比電機油泵組低3 db;隨著輸出壓力的圖2 液壓電機丹尼遜葉片泵與電機油泵組的升高,二者聲級逐漸升高、聲級差進一步加大,當輸出壓力大于12mpa時,電機丹尼遜葉片泵樣機的噪聲聲級趨于恒定,約為72 db;而電機油泵組的噪聲聲級為79. 5db(po=14 mpa),且隨著輸出壓力的升高,其噪聲聲級有繼續增大的趨勢。
3 電機丹尼遜葉片泵樣機噪聲頻譜分析
采用1/3倍頻對電機丹尼遜葉片泵樣機和電機油泵組的噪聲頻譜進行分析。圖4給出了二者在輸出壓力po=0、3、6、9、12mpa時的噪聲頻譜,橫坐標為1/3倍頻程中心頻譜,采用對數坐標,縱坐標為聲壓級,采用線性坐標。從圖中可以看出,對于電機丹尼遜葉片泵樣機,當po=0、3、6 mpa時噪聲主頻為2000 hz處;當po=6、9mpa時噪聲主頻為4000 hz,隨著輸出壓力的升高,噪聲主頻向高頻段遷移,這種高頻噪聲主要是氣穴噪聲。對于電機油泵組,當po=0時,其噪聲主頻為800 hz;當po=3mpa時,其噪聲主頻為800hz、1600hz;當po=6、9、12mpa時,噪聲主頻為800 hz、1600 hz、3150hz;其噪聲主頻比電機泵低,其噪聲以機械噪聲為主。在頻率小于4000 hz的各中心頻率處,電機油泵組的噪聲分量均大于電機丹尼遜葉片泵樣機的噪聲分量;在頻率大于4000hz的各中心頻率處,電機油泵組的噪聲分量小于電機丹尼遜葉片泵樣機的噪聲分量。所以,電機丹尼遜葉片泵樣機的主要噪聲源是高頻氣穴噪聲;而電機油泵組的主要噪聲源是機械噪聲。
電機丹尼遜葉片泵樣機噪聲主要是其吸油不暢造成的氣穴噪聲;而電機油泵組的噪聲主要為3段式連接的機械噪聲,隨著壓力的升高噪聲增大,二者相比電機丹尼遜葉片泵樣機噪聲明顯低于電機油泵組的噪聲。
在實驗過程中,采用透明有機玻璃制成的接線板對電機泵樣機殼體內液流進行了觀察,如圖5所示,發現殼體內的油流攜帶有許多細小氣泡,這些氣泡在高壓區潰滅就形成了高頻氣穴噪聲。圖6給出了樣機殼體左側腔體(見圖1)內的真空度隨進口油溫的變化曲線。
在油溫較低時真空度較大,隨著油溫升高、油液粘度減小,流動阻力減小,真空度逐漸減小,當油溫大于41℃后,真空度快速減小,圖6說明電機泵樣機存在內部流道狹窄、吸油阻力大的問題。在樣機制造過程中,殼體鑄件的軸向尺寸偏小和內流道狹窄,使得定子線圈繞組距離吸油口太近,造成電機丹尼遜葉片泵樣機內部流?體鑄件軸向尺寸、擴大內流道,避免吸油過程中的氣泡析出及由此引入的氣穴噪聲,可進一步大幅降低電機丹尼遜葉片泵樣機的噪聲。
4 結論
對液壓電機丹尼遜葉片泵樣機的噪聲進行了測量,并與同等功率的電機油泵組的噪聲進行對比,相比于電機油泵組,電機泵的噪聲降低了7 db。
同時,試驗發現,電機丹尼遜葉片泵樣機由于殼體內部流道狹窄引起了負壓,使得泵芯吸油口處出現大量氣泡,引起了較大的氣穴噪聲。通過增大殼體鑄件軸向尺寸、擴大內流道,避免吸油過程中的氣泡析出,減小由此導致的氣穴噪聲,可進一步大幅降低電機丹尼遜葉片泵的噪聲。
