降低液壓閥噪聲的探討
1．簡介
液壓系統(tǒng)的噪聲問題，已成為妨礙其進(jìn)一步使用的主要因素之一。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)對液壓傳動(dòng)噪聲級(jí)別的規(guī)定一般不超過70～80dB。因此，無論是系統(tǒng)設(shè)計(jì)，還是元件選擇都應(yīng)將噪聲問題考慮在內(nèi)。液壓閥是直接影響液壓系統(tǒng)工作過程和工作特性的重要元件，非專業(yè)人員在設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)時(shí)，往往簡單地按照其工作參數(shù)額定工作狀態(tài)下的公稱壓力和公稱流量來選擇，結(jié)果在使用和調(diào)整時(shí)達(dá)不到最佳效果，出現(xiàn)一些沖擊、振動(dòng)、噪聲等現(xiàn)象，甚至影響系統(tǒng)工作。下面就常見液壓閥在應(yīng)用中如何降低噪聲，提高使用質(zhì)量進(jìn)行了探討，意在提醒應(yīng)用者注意，保證正確、合理的使用閥類元件。
2．溢流閥的噪聲
(1)先導(dǎo)閥性能不穩(wěn)定。一方面原因是，先導(dǎo)閥的錐閥在使用過程中，因頻繁開啟而過度磨損，使錐閥錐面與閥座接觸不良，造成先導(dǎo)閥流量不穩(wěn)，產(chǎn)生壓力波動(dòng)而引發(fā)噪聲，此時(shí)應(yīng)及時(shí)修理或更換錐閥，如主閥無損壞，卸下調(diào)整螺帽，將導(dǎo)桿推幾下，使其接觸良好。另外也可能是先導(dǎo)閥彈簧變形，歪斜或失效，造成壓力波動(dòng)大而引發(fā)噪聲，此時(shí)應(yīng)更換彈簧。
(2)空氣侵入產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。溢流閥在液壓系統(tǒng)中作定壓閥使用，為了保持系統(tǒng)壓力近于恒定，部分油液是在一定的壓差下，通過很小的閥口，以很高的流速溢出，因此在閥口附近會(huì)造成高速噴流。根據(jù)伯努利方程，該處的液體壓力下降，當(dāng)壓力低于該種油液的空氣分離壓時(shí)，溶解或混于油液中的空氣就會(huì)分離，產(chǎn)生氣泡。當(dāng)含有大量氣泡的油液流人閥體回油腔時(shí)，由于壓力升高，使氣泡潰滅，從而發(fā)生氣蝕，并伴隨高頻噪聲。溢流閥產(chǎn)生氣蝕的主要原因是由于閥口及閥體油腔形狀變化引起液流壓力和速度變化所致。
為消除閥口處的氣蝕現(xiàn)象及噪聲，應(yīng)將閥口過流斷面設(shè)計(jì)成長錐面縫隙，用以減小油液的突然收縮和突然擴(kuò)散，也可在閥座上增加一些小孔，通過它們將已經(jīng)恢復(fù)壓力的下游油液導(dǎo)回縮流部分，防止負(fù)壓產(chǎn)生。
(3)溢流閥共振。如圖190 (a)所示，溢流閥A和B的規(guī)格和調(diào)定值均相同，當(dāng)兩個(gè)泵并聯(lián)供油時(shí)，有時(shí)溢流閥會(huì)發(fā)出很強(qiáng)的噪聲，當(dāng)把兩個(gè)溢流閥的調(diào)定壓力彼此錯(cuò)開時(shí)，噪聲則可以基本消除。這說明兩個(gè)調(diào)定值相同的溢流閥易產(chǎn)生共振，應(yīng)盡量避免為好。如另外選擇一個(gè)溢流閥，并把它接在C點(diǎn)，如圖190 (b)所示，上述的噪聲問題可以得到解決。
(4)配管不當(dāng)。如圖191 (a)所示，兩個(gè)液壓泵各自給不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu)供油，當(dāng)只有一個(gè)液壓泵工作時(shí)，溢流閥沒有噪聲，而當(dāng)兩個(gè)液壓泵相距很近并同時(shí)工作時(shí)，溢流閥噪聲很大，并且壓力表的指針擺動(dòng)很厲害，這是由于配管不當(dāng)引起的。將兩個(gè)溢流閥的回油管分別接回油箱，如圖191 (h)所示，噪聲得以消除。
3．換向閥的噪聲
(1)閥芯動(dòng)作過快。閥芯動(dòng)作過快產(chǎn)生液壓沖擊時(shí)，系統(tǒng)的瞬時(shí)壓力峰值比正常工作壓力高出好幾倍，因而引起設(shè)備振動(dòng)和噪聲。
減少措施可以從以下幾個(gè)方面考慮：①在液動(dòng)換向閥中設(shè)置單向節(jié)流閥，通過改變節(jié)流閥的開度來調(diào)節(jié)閥芯的動(dòng)作速度；②延長換向時(shí)間；③合理選擇滑閥的過渡和中位機(jī)能；④控制換向推力。
具體做法；①采用軟切換閥，通過調(diào)節(jié)節(jié)流孔大小，控制閥芯端面的泄油速度，從而限制閥芯的移動(dòng)速度；②通過在閥芯棱邊加工出節(jié)流槽，或采用疊加式雙單向節(jié)流閥來控制主閥芯移動(dòng)速度；③用比例電磁鐵來改變閥芯的推力達(dá)到延長換向的時(shí)間。
(2)通過換向閥的實(shí)際流量太大。對于電磁換向閥，最大的通流量一般應(yīng)在額定流量之內(nèi)，不得超過額定流量的120%，否則容易導(dǎo)致壓力損失過大，引起發(fā)熱和噪聲。如果無合適的換向閥，壓力和流量大一些的也可選用，只不過經(jīng)濟(jì)性差一些，流量超過63L/min時(shí)，不能選用電磁換向閥。
4. 液控單向閥的噪聲
(1)選型不當(dāng)。圖192中所示系統(tǒng)中的液控單向閥為內(nèi)泄式。當(dāng)換向閥左位工作時(shí)，負(fù)載向下運(yùn)動(dòng)。從原理上分析，工作原理是正確的。但在實(shí)際工作中，每當(dāng)負(fù)載下降時(shí)，總會(huì)發(fā)出有節(jié)奏的早上，振動(dòng)嚴(yán)重。經(jīng)分析原因如下：負(fù)載向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，液控單向閥的A口由于節(jié)流閥的作用，產(chǎn)生相當(dāng)高的壓力，而此時(shí)液控單向閥的控制油口仍為原來的調(diào)定壓力。由于內(nèi)泄式單向閥的A口壓力作用面積與控制腔控制壓力作用的面積相差不大，因此在A口壓力的作用下單向閥要關(guān)閉，這時(shí)A口壓力下降，單向閥再次打開。這個(gè)過程反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致了有節(jié)奏的振動(dòng)噪聲。
解決的方法可從以下幾個(gè)方面考慮：①提高控制油壓力；②將節(jié)流閥設(shè)置在液控單向閥之上；③選擇外泄式液控單向閥。
(2)短時(shí)負(fù)壓。如圖193 (a)所示的液壓系統(tǒng)的重力負(fù)載較大，在下降過程中導(dǎo)致負(fù)載出現(xiàn)快降、停止交替的不連續(xù)跳躍、振蕩噪聲現(xiàn)象。這主要是由于負(fù)載較大，向下運(yùn)行時(shí)由于速度過快，液壓泵的供油量一時(shí)來不及補(bǔ)充液壓缸上腔形成的容積，因此在整個(gè)進(jìn)油回路產(chǎn)生短時(shí)負(fù)壓，這時(shí)右側(cè)單向閥的控制壓力隨之降低，單向閥關(guān)閉，突然封閉系統(tǒng)的回油路使液壓缸突然停止。當(dāng)進(jìn)油路的壓力升高后，右側(cè)的單向閥打開，負(fù)載再次快速下降……，上述過程反復(fù)進(jìn)行，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩下行，噪聲時(shí)斷時(shí)續(xù)。
這種問題的解決方法之一是在下降的回油路上安裝一個(gè)單向節(jié)流閥，如圖193 (b)所示，這樣就能防止負(fù)壓的產(chǎn)生。另外，如將換向閥的中位機(jī)能改為卸荷型如“H”型的，鎖緊效果會(huì)更好，噪聲問題基本消除。
5．順序閥的噪聲
順序閥按結(jié)構(gòu)分為直動(dòng)式和先導(dǎo)式，內(nèi)控式和外控式。若所選順序閥的結(jié)構(gòu)不合適時(shí)，會(huì)導(dǎo)致壓力失控和噪聲。具體原因，調(diào)壓彈簧腔的油液壓力等于出口壓力，閥芯在液壓力作用下使閥口關(guān)閉，順序閥變成一個(gè)常閉閥。相反也可能當(dāng)系統(tǒng)未達(dá)到順序閥的設(shè)定壓力時(shí)，壓力油卻從二次油出口流出，這些都會(huì)造成系統(tǒng)壓力波動(dòng)大，控制失控并伴有噪聲。
以上各種液壓閥在使用中還存在由于共振引起噪聲的問題，因?yàn)橐簤洪y在結(jié)構(gòu)上主要由閥體和閥芯組成，工作時(shí)，液壓閥的閥芯支持在彈簧上，當(dāng)其頻率與液壓泵輸油管的脈動(dòng)頻率或其他振源頻率相近時(shí)，就會(huì)引起振動(dòng)，產(chǎn)生噪聲。這時(shí)，需改變管路系統(tǒng)的固有頻率，變動(dòng)液壓閥的位置或適當(dāng)?shù)卦黾有钅芷鳎善鸱勒窠翟肼曌饔谩?/span>
通過上述分析，我們認(rèn)識(shí)到在設(shè)計(jì)系統(tǒng)選擇元件時(shí)，僅能滿足單個(gè)元件的要求還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要注意相互間的協(xié)調(diào)兼容，以提高效率，這也省去后面調(diào)試過程中的許多麻煩。