1 z J 大功率液压系统泄压噪声控制与节能 河北机电学院流控教研室 堡至 堡旦堡 T ⋯j 7 摘要 本文分斩了常规大功率液压系统产生噪声的原因,推导出有关计算公式I 论述了控制 泄 压噪声 的基 本途 径井 提 出一种 回收 利用液 _ 体压 缩势 能 的节能 渡压 回路方 案 A b stra c t T h i s p a p er a na l y z e s t h e C&US e of t h e p res sLlr e rel i ev l a g a oi s e w h i c h h a pp ea s i a c o m I]aOl~ h y d rau l i c sy st em w i t h l a rge p o w er . T h e c o n c er ne d c a [c u l a t io n f o i"tr i ll I a s a rc d er i v ed .I n t h e p ap e r .b as i c w ay t o c o nt r ol t h e p r es s u r e rel i e 。 v i g n o is e i s di s c u s se~l a nd a ne w sa v l n g —en er g y h y d r a ul i c c i rc ui t i s p ut f o i- w ~r d t o rec o v e r a nd u se t h e c Dttt1) t'ess p ot e n t ia l en er gy o f t h e f lu i d . v 关键词 液压系统 泄压 噪声 能置回收 现代 工业 生产使用 的大功率 ( 高 压、大流量 ) 液压 设备 甘益增加,尽管其工 艺 目 的 不 尽相 同,但 其 中耜 当多数具 有 “前进 、加压 ( 或增压 ) 、儡压 、泄压 ,退 网” 这种艇 型 工况 ( 如各种用途 的液压机 及注塑机等 ) 。因此,设 备的液压 系统 常设有枢应的保压 和泄压回路。 前者出于工 艺需 要,后者用 以释放有 关液压缸高压侧在加压保压阶段存贮的各种形 变势 能(主 要是 液体 的压 缩势 能 ) 。液压 系统在 运行 中,有关液压 缸频繁经历加压保压和 泄 压 工 况 。 泄压过程实质是上述形变势能的一种释放和耗散过程,特别当泄压速度控制不当或液压工作 液中混有气体时,系统将产生强烈的压力冲击声,气蚀及旋涡脱离声 ( 本文将其统称泄压噪 声 ) ,并向机器周围辐射,此时形 变势能转换成有害噪声能量。这不仅影响机器设备的工作 性能殛使用寿命,而且有损于操作者的人身健康,降低机器设备使痢的效益 所 以,从能耗 角度分析撩讨泄压噪声的机理殛其综台控制方法具有重要实用意义,此亦即本文之出发点。 1 泄 压噪 声能量分析计算 田 1 是迄今广泛采用的一种保压泄压回路,液压缸 8 的进油路上串有带卸载阀芯lJ】的被 控单 向阀 2 。加压 、保压结束,液压缸 回程时,换 向阀 1 切换至右位,a点的压力 油作用 于阀 2 的控稍活塞 先将其 卸载 阀芯顶开,使缸 8 的主工作 腔 ( 无杆 腔 ) 泄压, 待该 腔压力降 至预 定 值时, 阀 2 的主 闽芯才被顶开,此 时主 油路接通,活塞向上退 回。现以该回路为例, 对泄 压噪声进行如下 的分析 计算 。 3 为简便起见,不计液压缸缸体 和管路 的弹性 变形殛泄 潺 ,则油液压缩量 △ : ( 1 ) △ I,= },p/E = D L p/(4E ) (m。) 式中,V ——受压液体的体 积(m。), = ÷ D 厶 4 D —— 缸筒 内径, ( m) } 上|—— 行程 ’ ~ ·受压液体 的最高压力 ( P a) j — —油液体积 弹性模量 ,E = ( 1.4~1.0) × 1' 0。( Pa) 。 体 积 △ 内存贮的功 ,亦即液体压 缩形变势能E ,: 图1 常规保压泄压回路 、 E ,= P △ f,= D L p。/( 4E ) ( ) ( 2 ) 液压缸泄压时可视为一点声源,其远场区传播的是均匀球面噪声波,另外,由于同一环境内 大 功 率液 压系 统泄压 噪声 控制 与节 姥—— 张 利平 等 0 7 维普资讯 http://www.cqvip.com 距 米她的泄压噪声声强级厶与其声压级上 相等【 ,敢可用 描述泄压噪声的强度。 =10 ; [ dB(A) ) ( 8 ) 』 0 式中, ,。一~ 基准声强,I 。= 10 : (W /mz) ( 4 ) J ——泄压噪 声 声强(W ,m )。 由于空气中声速较高 ( 20"c 时高达844m/s【 ) ,敢可不计声音在眯 内的传播时间,刚有 ,:尝 、 ( 5) 磊 面爵弓 ‘ 5 J 式中, S ——距声源 ( 液压缸 ) r米处的球面面积,S = 4 一( m。) l f——泄压 时阅 ( 6 ) 。 将式 ( 4 ) 和 ( 5 ) 代入 ( 8 ) 经整理可得泄压噪声声强级的计算公式 ‘ ,n } , ^ 蕾、 岛 = 107.96+ 101g{ ) ( dB(A ) ) ( 6 ) 、 巴 r 。r , 式 ( 6 ) 反映 了液压 缸结构参数 D ,工 况参数 、L ,t、r及油液物理 性质F 对 泄 压 噪声 强 度的影响。在r给定时 ( r应为操作者工作地点人耳高度至缸的距离 ) ,按式 ( B ) 计算 出的 声强级若己接近或超过人耳癌朗声强级 ( 120dB ) ,就应对渣压朦声铘起注意并采取一定措 施加 以治 理。 2 控制泄压噪 声 的基本途径 根据公式 ( 6 ) ,控耐泄压11肇声∞基本途径如下。 (1) 适当延缓滟压的时闻 以壤小虹内高压压力下降速率,从而缓和和诮路压力 冲 击 声。为此,应正确选择垄换向阀结构形式和被控单向阎的控刺油压。但是,{畦压时问也不能 过长,否贝!j将拉长生产节拍影响生产率 。 (2) 提高液体体积弹性模量F ,以消除和降低{蛩压时的气蚀声和旋涡脱离声。为此,应 尽量避免空气混入油液,另外,应尽量避免在缸的主工作腔一侧和渡 控 单 向 阀 之 阿 使 用 载管。 (8) 降低系统工作压力P。在负载力一定时,降低 ,意昧着要增加虹径D ,-而D 的增加 不但 意味着增大了液压缸及系统的体积,而且, ( 6 ) 式舸,D 的增加更显著地增大泄压 噪声,这是不可 取的。 (4) 减小 行程L 。但要 受到工艺要 求的 限制 。 (5) 增大r。这意味着操作者要远离设备,因此是有 限度的 有时甚至做不到。 3 液体 压缩势 能的 回段 和利用 基于上述分析,有多种可行的泄压回路方案用以减小泄压噪声,可参阔有关文献,此处 不再赘述。由图 1 和 ( 6 ) 式可以看出,图 l 系统的最大涟压压力等于系统的最大压力,所 以其泄压时耗损的压缩势能最大,渣压噪声也最大。作者根据液压压力机快进,加压、保压、 泄压、快退这种工况特点,设计出一种新的节能降噪系统,图 2 是其原理圈。