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。
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。
降低噪声的初步研究
一般根据经验当发现溢流阀啸叫时 , 首先可以考虑设置消声器或消声螺钉改变其固有频率 , 其次就是采取减小先导阀芯前腔的体积的办法。通过 AMESim 仿真分析表明该型溢流阀增益裕量较小, 从改善其稳定性出发, 采取增大进口阻尼作用的方式, 降低系统刚度, 从而尝试降低固有频率及其噪声。
从溢流阀的动态稳定性入手, 利用频率特性中的模态分析, 找出较为复杂的溢流阀模型固有频率, 结合噪声试验研究其频谱特性, 通过优化提高溢流阀的稳定裕量, 降低固有频率, 从而达到降低噪声的目标。经试验验证, 在主阀前腔增加进油套,提高主阀进口阻尼作用基本消除了 1000Hz 左右的频率噪声。这里应该指出, 溢流阀的噪声成因有多种因素, 仅仅通过简化的数学模型进行稳定性及频谱分析仍然是不够的, 还要充分考虑到液压系统的相关因素。如设备的工作压力和流量、油液的粘度、清洁度、油温、回油路是否正常等因素。
