节能环保与人机友好是液压技术发展的重要方向,进一步降低液压泵及液压动力单元的噪声成为重要的研究课题。液压泵是液压系统主要的噪声源,从上世纪60年代开始,国内、外就开展了多方面的液压泵降噪研究工作,并取得了许多成果。目前,低噪声液压泵的噪声已低于驱动电动机的噪声或与之相当,单独对泵的噪声进行控制,降噪空间已不大,把电动机-液压泵组作为一个整体进行研究,寻求降噪方法,是控制液压系统噪声的有效途径[1]。
电机泵是将电动机与液压泵集成一体的新型液压动力单元,将电能直接转化为液压能输出。液压电机丹尼逊叶片泵[2]主要由三相异步交流电动机和液压丹尼逊叶片泵组成,电动机采用油流进行冷却,省去了冷却风扇。电动机和液压泵共用一个壳体,其结构[3]如图1所示。本文通过对电机丹尼逊叶片泵样机和同类型电机油泵组噪声的对比测量,得到了相关的实验数据,并进行了分析。
2 电机丹尼逊叶片泵样机噪声级测量及分析
目前,还没有液压电机泵相关产品测试标准,故参照液压泵噪声的测试标准:液压泵空气传声噪声级测定规范,gb/t 17483-1998[4];确定电机丹尼逊叶片泵样机和电机泵组的噪声测量方法和测量仪器。泵起动后,通过调节溢流阀进行加载,在泵输出压力po从0~14mpa之间按1mpa递增时,分别测量出电机丹尼逊叶片泵样机和电机油泵组在每个压力点上的噪声级。
图2给出了噪声测量的现场图,使用awa6270型噪声分析仪,分别在距电机丹尼逊叶片泵样机与电机油泵组轴线方向1 m处进行a声级噪声对比测试。电机丹尼逊叶片泵样机和电机油泵组的噪声随泵的输出压力变化曲线如图3所示,电机丹尼逊叶片泵样机噪声明显低于电机油泵组的噪声。空载(po=0 mpa)时,电机丹尼逊叶片泵样机的噪声声级比电机油泵组低3 db;随着输出压力的图2 液压电机丹尼逊叶片泵与电机油泵组的升高,二者声级逐渐升高、声级差进一步加大,当输出压力大于12mpa时,电机丹尼逊叶片泵样机的噪声声级趋于恒定,约为72 db;而电机油泵组的噪声声级为79. 5db(po=14 mpa),且随着输出压力的升高,其噪声声级有继续增大的趋势。
3 电机丹尼逊叶片泵样机噪声频谱分析
采用1/3倍频对电机丹尼逊叶片泵样机和电机油泵组的噪声频谱进行分析。图4给出了二者在输出压力po=0、3、6、9、12mpa时的噪声频谱,横坐标为1/3倍频程中心频谱,采用对数坐标,纵坐标为声压级,采用线性坐标。从图中可以看出,对于电机丹尼逊叶片泵样机,当po=0、3、6 mpa时噪声主频为2000 hz处;当po=6、9mpa时噪声主频为4000 hz,随着输出压力的升高,噪声主频向高频段迁移,这种高频噪声主要是气穴噪声。对于电机油泵组,当po=0时,其噪声主频为800 hz;当po=3mpa时,其噪声主频为800hz、1600hz;当po=6、9、12mpa时,噪声主频为800 hz、1600 hz、3150hz;其噪声主频比电机泵低,其噪声以机械噪声为主。在频率小于4000 hz的各中心频率处,电机油泵组的噪声分量均大于电机丹尼逊叶片泵样机的噪声分量;在频率大于4000hz的各中心频率处,电机油泵组的噪声分量小于电机丹尼逊叶片泵样机的噪声分量。所以,电机丹尼逊叶片泵样机的主要噪声源是高频气穴噪声;而电机油泵组的主要噪声源是机械噪声。
电机丹尼逊叶片泵样机噪声主要是其吸油不畅造成的气穴噪声;而电机油泵组的噪声主要为3段式连接的机械噪声,随着压力的升高噪声增大,二者相比电机丹尼逊叶片泵样机噪声明显低于电机油泵组的噪声。
在实验过程中,采用透明有机玻璃制成的接线板对电机泵样机壳体内液流进行了观察,如图5所示,发现壳体内的油流携带有许多细小气泡,这些气泡在高压区溃灭就形成了高频气穴噪声。图6给出了样机壳体左侧腔体(见图1)内的真空度随进口油温的变化曲线。
在油温较低时真空度较大,随着油温升高、油液粘度减小,流动阻力减小,真空度逐渐减小,当油温大于41℃后,真空度快速减小,图6说明电机泵样机存在内部流道狭窄、吸油阻力大的问题。在样机制造过程中,壳体铸件的轴向尺寸偏小和内流道狭窄,使得定子线圈绕组距离吸油口太近,造成电机丹尼逊叶片泵样机内部流?体铸件轴向尺寸、扩大内流道,避免吸油过程中的气泡析出及由此引入的气穴噪声,可进一步大幅降低电机丹尼逊叶片泵样机的噪声。
4 结论
对液压电机丹尼逊叶片泵样机的噪声进行了测量,并与同等功率的电机油泵组的噪声进行对比,相比于电机油泵组,电机泵的噪声降低了7 db。
同时,试验发现,电机丹尼逊叶片泵样机由于壳体内部流道狭窄引起了负压,使得泵芯吸油口处出现大量气泡,引起了较大的气穴噪声。通过增大壳体铸件轴向尺寸、扩大内流道,避免吸油过程中的气泡析出,减小由此导致的气穴噪声,可进一步大幅降低电机丹尼逊叶片泵的噪声。
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