振動、噪聲及其控制

    振動與噪聲是包括液壓泵在內(nèi)的液壓元件在系統(tǒng)運行中經(jīng)常發(fā)生的兩種現(xiàn)象。振動是彈性物的固有特性，噪聲源于振動，引起噪聲的振動物稱為聲源，所以噪聲的控制歸結(jié)為振動的控制。

    隨著液壓技術(shù)的高壓化、高速化、大功率化，振動與噪聲已成為液壓技術(shù)發(fā)展中的突出問題。因為振動影響主機和系統(tǒng)的工作性能及使用壽命，而噪聲除了造成人的聽力損傷外，還會分散操作者的注意力，更可能淹沒報警信號，造成人身、設(shè)備事故等。振動與噪聲已成為衡量液壓泵性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

    (l)振動的原因  理論分析表明，液壓元件及裝置產(chǎn)生振動的根本原因在于存在激振力，振動的大小取決于激振力的大小及元件的固有參數(shù)。而振動的大小可以通過加速度計代替噪聲測試儀器——聲級計中的傳聲器來測量。液壓元件及裝置的防振、減振和消振的主要途徑是消除或減小激振源（力），合理設(shè)計和匹配液壓元件及裝置的固有參數(shù)。

(2)液壓噪聲的產(chǎn)生、輻射及類型由下表可知，液壓泵是液壓系統(tǒng)所有元件中的主要噪聲源，稱一次聲源；而另一些元件如油箱和管道等，本身發(fā)聲很小，不是獨立的噪聲源，但泵和液壓閥等元件產(chǎn)生的機械和液體噪聲會激發(fā)它們產(chǎn)生振動，從而產(chǎn)生和輻射出很強的噪聲，這類噪聲源稱二次聲源。液壓系統(tǒng)的噪聲是一次聲源和二次聲源噪聲的疊加。所以液壓裝置的振動與噪聲控制應(yīng)從元件噪聲和裝置振動產(chǎn)生噪聲兩個方面來考慮。顯然，降低液壓泵的噪聲是控制整個液壓系統(tǒng)噪聲的主要途徑。

液壓元件產(chǎn)生噪聲和傳遞輻射噪聲的排列順序

    液壓元件及系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲主要有機械噪聲和流體噪聲兩類。對于液壓泵而言，機械  噪聲有軸承振動引起的噪聲、泵內(nèi)零件之間相互碰撞產(chǎn)生的機械碰撞噪聲、相對運動的機件因表面間潤滑不良摩擦而產(chǎn)生的噪聲、整個液壓泵作為一個質(zhì)量一彈簧系統(tǒng)因振動而產(chǎn)生的噪聲等；流體噪聲有吸油腔處產(chǎn)生的汽蝕噪聲、流道變化引起的旋渦脫離聲、負載突變或困油引起的壓力沖擊聲、流量脈動引起的壓力脈動聲等。

    (3)噪聲的描述及允許標(biāo)準(zhǔn)  作為噪聲的物理量度，聲壓級Lp(dB即分貝)是工業(yè)上常用的物理量之一，用于描述噪聲的大小或強弱。

                           Lp=20lg（p/p₀） (dB)                  (1-17)

式中p——實際聲壓，Pa；

    p₀——基準(zhǔn)聲壓（又稱聽閾聲壓），p₀=2×10^-5Pa。

    噪聲控制是環(huán)境保護的一項重要內(nèi)容，也是液壓產(chǎn)品的質(zhì)量評價指標(biāo)之一。我國于1980年公布實施的《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》是根據(jù)A聲級（聲級計中的A計權(quán)網(wǎng)絡(luò)測定的噪聲）制定的。我國關(guān)于液壓泵的噪聲允許值，在JB/T 7041-2006_ JB/T 7039-2006和JB/T 7042-2006中進行了規(guī)定：例如在額定壓力、轉(zhuǎn)速下，額定壓力10～25MPa、排量>25～500mL/r的齒輪泵的噪聲值應(yīng)≤85dB (A)；額定壓力16～25MPa.排量>50～63mL/r的定量葉片泵的噪聲值應(yīng)≤78dB (A)。排量>25～63mL/r的斜盤式軸向柱塞泵的噪聲值應(yīng)≤85 dB (A)。

(4)噪聲的測量為了分析液壓泵的噪聲大小，分析噪聲源并采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧铚y定液壓泵的噪聲。

    ①測試儀器常用的噪聲測試儀器有聲級計、頻率分析儀和記錄儀器等。聲級計是應(yīng)用較為普遍、適宜現(xiàn)場的一種噪聲測量儀器。它既能測量噪聲的聲壓級和聲級，還可以通過濾波器進行頻率分析，用加速度計代替其傳聲器測量振動。按照測量精度和用途的不同聲計級可分為普通型、精密型和脈沖精密型三種。液壓元件和液壓裝置的噪聲測量通常采用精密聲計級。按照顯示及讀數(shù)方式不同，聲級計有指針式和數(shù)字式之分(外形見圖R)。聲級計的使用方法和注意事項可參照其產(chǎn)品說明書。

    ②測試環(huán)境及位置  噪聲的測量比較理想的是在人為建成的自由聲場的消聲室中進行，要求消聲室內(nèi)壁面的吸聲條件良好，沒有反射聲，除了被測元件外，其他裝置都要設(shè)在它的外面，以免造成影響。因此這種噪聲測量的消聲室都是特別設(shè)計的（廣州機械科學(xué)研究院曾于20世紀(jì)80年代建成了消聲室）。然而在工程實際中，往往不具備這種消聲室的條件而要求在一般試驗室或工作場所來進行測量，此時，為了使測量結(jié)果具有足夠的準(zhǔn)確性，應(yīng)避免其他聲音的干擾和聲音反射等影響。

在選擇測試位置時，應(yīng)注意聲場的分布特性。圖S中的陰影區(qū)域，聲壓級會隨測量距離r的改變而波動，不宜進行測量。故應(yīng)盡可能將測點選在自由聲場（邊界影響可以不計的聲場）的遠場區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)測量的特點是數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，距離r每增加一倍，噪聲降低6dB (A)，由此可用聲級計概略找到自由聲場的遠場區(qū)。

    測點位置選擇的具體做法如下。

    a．選在距被測裝置表面1.5m處、離地面1.5m處。若噪聲源尺寸較小(如小于0.25m)，則測點應(yīng)與被測裝置表面較近(如0.5m)。且應(yīng)注意測點應(yīng)與室內(nèi)反射面相距2～3m以上。力求傳聲器正對被測裝置的幾何中心。

    b．測點應(yīng)在所測表面四周均布，一般不應(yīng)少于4點。若相鄰點測得的聲級相差5dB (A)以上，則應(yīng)在其間增加測點，噪聲級取各測點的算術(shù)平均值，按此法算出的聲級與能量平均法算出的聲級之差不會大于7dB (A)。

    c．若兩噪聲源相距較近（如液壓泵及其驅(qū)動電動機），則測點宜距被測噪聲源很近(0.2m或0.1m)。

    d．如需了解噪聲源對人體的危害，可把測點選在操作者位置的人耳處，或者在操作者經(jīng)常活動、工作的范圍內(nèi)，以人耳高度為準(zhǔn)選擇幾個測點。

    ③測試注意事項測試時主要應(yīng)當(dāng)注意消除和減少環(huán)境的影響。

    a．電源、氣流、反射等的影響。如果儀器的電源電壓不穩(wěn)定，應(yīng)使用穩(wěn)壓器；使用于電池時，若電壓不足應(yīng)予更換。室外測量宜選擇在無風(fēng)天氣。風(fēng)速超過4級時，可在傳聲器上罩上防風(fēng)罩或包上一層綢布。傳聲器應(yīng)避開風(fēng)口和氣流。應(yīng)盡量排除測量現(xiàn)場的反射物，不能排除時，傳聲器應(yīng)置于噪聲源和反射物間的適當(dāng)位置，并力求遠離反射物，例如離墻壁和地面在1m以上。測量噪聲時，傳聲器在所有測點都要保持同樣的入射方向。

b．背景噪聲（本底噪聲）的修正。背景噪聲是指被測噪聲源停止發(fā)聲時周圍環(huán)境的噪聲。背景噪聲應(yīng)低于被測合成噪聲l0dB (A)以上，否則應(yīng)進行修正，即按下表在所測出的噪聲中扣除背景噪聲值A(chǔ)L。

                                 存在背景噪聲的修正值                    dB(A)

 (5)控制振動與噪聲的途徑  由于液壓泵的噪聲類型主要有機械噪聲和流體噪聲兩類，故從選擇、使用與維護角度，控制液壓泵的振動與噪聲的主要途徑如下。

    ①優(yōu)先選用低噪聲液壓泵及其原動機。

    ②設(shè)法提高液壓泵組相關(guān)零件的加工、安裝精度，以減小機械振動及其噪聲。

    ③當(dāng)液壓泵組置于油箱頂蓋上時，應(yīng)在泵組底座下采取隔振措施（如加裝橡膠隔振墊），以切斷機械噪聲的傳播通道，防止油箱振動。

    ④如安裝空間允許，則應(yīng)考慮采用非上置式液壓泵站，并將泵組與油箱分開放置（圖T），以隔離泵組振動對油箱的影響。

⑤液壓泵的進、出油口采用軟管連接（圖T），以截斷泵的機械振動。

    ⑥加大油箱的結(jié)構(gòu)剛度，如設(shè)加強筋，使其不易被激振；在保證散熱前提下，力求減小油箱表面積，以降低其輻射噪聲。

    ⑦合理設(shè)計和安裝管路。在滿足使用要求的前提下，通過改變管路長度，避開外界激振頻率和共振點；配置一定數(shù)量的管夾，提高管路連接剛度，以防止其振動；必要時，可在管道外壁纏繞黏彈阻尼材料，通過此材料的內(nèi)耗，吸收管路振動能量，減小振幅，從而減小聲輻射的強度。

    ⑧防止因液壓系統(tǒng)中壓力、流量變化產(chǎn)生振動所激發(fā)的流體噪聲，其具體措施如下。

    a．液壓元件及管接頭應(yīng)密封良好，以防空氣進入系統(tǒng)，防止系統(tǒng)產(chǎn)生局部低壓，從而減小因氣穴現(xiàn)象引起的噪聲。為此，液壓泵的轉(zhuǎn)速不宜過高，在相同功率下，應(yīng)選用大流量泵使其在低轉(zhuǎn)速下工作，以避免因流速過高而產(chǎn)生局部低壓區(qū)，使油液中的空氣析出而產(chǎn)生噪聲。改善和提高液壓泵的吸油性能，如油液黏度不宜過高，吸油濾油器阻力損失要小；合理配管[如圖U(a)所示，雙聯(lián)泵的油液大部分從大流量泵（低壓）流過，小流量泵則很容易因吸油不足而產(chǎn)生氣穴噪聲，故圖U (b)的配管較合理]，泵的吸油管要短而粗。液壓泵低于油箱安裝或采用增壓油箱。控制閥的進、出油口壓差不能過大，一般進、出口壓力比應(yīng)不大于3.5。

    b．防止液壓沖擊噪聲。系統(tǒng)出現(xiàn)液壓沖擊時將伴隨劇烈噪聲，為此，應(yīng)設(shè)法防止系統(tǒng)出現(xiàn)液壓沖擊。例如，減緩液壓系統(tǒng)閥門啟閉速度；減緩執(zhí)行元件制動速度；防止負載突變等。

    c．防止壓力脈動噪聲。液壓泵周期性的流量脈動是系統(tǒng)主要的壓力脈動源。由于壓力脈動，將導(dǎo)致系統(tǒng)中元件和管道作周期性振動，從而激發(fā)噪聲。特別當(dāng)脈動頻率與管系固有頻率接近或重合時，還會激發(fā)系統(tǒng)共振使噪聲增大。可通過合理確定管夾部位，調(diào)節(jié)配管本身的固有頻率，以避開共振管長。

    d．在液壓泵近旁設(shè)置蓄能器或亥姆霍茲共振消聲器等。

e．限制噪聲傳播。當(dāng)采用上述噪聲控制措施仍未達預(yù)期效果時，可考慮對液壓泵站采取隔聲、吸聲等技術(shù)措施，以限制噪聲的傳播。如用隔聲罩將液壓站罩起來。隔聲罩需根據(jù)使用對象自行設(shè)計。設(shè)計時，應(yīng)選用有較大隔聲能力的結(jié)構(gòu)材料（如在隔聲板中間夾放鉛箔等大密度材料）并使隔聲罩內(nèi)表面有較好的吸聲能力（常用玻璃纖維、塑料等多孔材料作吸聲材料）。所選擇的隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計方案（圖V）應(yīng)既隔聲又能通風(fēng)散熱。威斯特小編敬上