工程机械用叶片泵高压低噪声问题研究

郑炳敏 郑敏娟

摘要：近年来，工程机械使用过程中，叶片泵高压低噪声问题控制已经取得一定成效，使泵的噪声平均值得到有效降低，大大提高了工程机械产品的耐久性和安全性，对于促进企业经济效益不断增长起到重要影响。本文对工程机械用叶片泵高压低噪声原因进行分析，提出叶片泵定子曲线的优化设计，以提高叶片运行的平稳性，使工程机械用叶片泵高压低噪声问题得到更有效控制。

关键词：工程机械用；叶片泵；高压低噪声；稳定性

随着液压技术的不断发展，高压系统中叶片泵的使用范围得到了不断扩大，对工程机械用叶片泵高压低噪声问题进行研究，找出噪音产生的原因，优化叶片泵的定子曲线设计，有利于减低噪声对环境的污染，对于提高我国叶片泵的生产技术水平具有重要现实意义。

1.工程机械用叶片泵高压低噪声原因

根据相关研究分析，由于叶片泵的壳体固有频率较大，不存在振动放大问题，因此，叶片泵的噪声主要是由泵体内的机械声和流体声通过壳体振动而发射出来的，而噪声产生的部位则是工程机械用叶片泵各运动部件和运动流体，给叶片泵的生产环境带来极大噪声影响。其中，机械噪声主要来源于东子、叶片和转子的振动，尤其是定子和叶片之间的相互撞击，是构成叶片泵噪声的主要部位；而流体噪声是闭死容积在大圆弧段压力切换时的瞬时高压回流形成输出流量脉冲造成的。下面对几个噪声原因进行分析：

1.1定子曲线方面

在叶片泵的运转过程中，定子曲线与叶片的运动状态和泵的输出特性有着紧密联系，定子内曲线的合理性决定了叶片泵的性能，因此，叶片泵定子曲线是造成叶片泵高压低噪声的主要原因。一般情况下，定子曲线对叶片泵造成的噪声主要有两个方面：一是、定子曲线产生的输出流量脉冲；二是、叶片与定子內表面发生撞击造成的机械声，叶片有随时脱离定子的可能。由于大圆弧和小圆弧之间过渡曲线的形状和性质决定了叶片的不同运动状态，和泵的寿命、性能等有极大联系，因此，定子曲线方面的问题就是大圆弧和小圆弧之间的过度曲线问题。

1.2轴向间隙方面

根据工程机械用叶片泵的运转情况，对叶片泵进行拆装实验可以发现，转子两侧面和侧板的接触部分有明显摩擦痕迹。造成这种现象的原因是，泵在运转过程中，叶片顶部和定子内表面所承受的压力较大，随着运转摩擦，产生相应的热能，而泵的体积较小，泵体内散热比较困难，导致局部温度升温较快，最终引起转子沿轴向产生线性膨胀。当线性膨胀的范围超过原有的间隙时，转子和配油盘则会产生摩擦，使两者产生较严重的磨损，致使转子端面和两侧板表面出现烧伤情况，最终产生噪声。因此，在工程机械叶片泵的使用过程中，确定轴向间隙可以有效控制叶片泵的噪声，从而选择最合适的泵轴线间隙。

1.3叶片顶廓方面

在叶片泵的噪声问题中，叶片是重要影响因素之一，叶片的厚度、头部的形状都与叶片泵的脉动速率有关，并且关系着定子内部的磨损程度，与叶片泵的使用寿命有着紧密联系。在工程机械用叶片泵高压低噪声问题中，定子的磨损主要部位是与叶片接触压力较大的吸油区域，经常出现粘着胶合现象，比较严重的情况下会出现波浪形磨损，造成异常噪声，导致叶片泵不能正常运转，严重影响工程机械生产。由此可知，叶片泵的噪声有一部分是由定子与叶片之间的振动互相撞击形成的，在进行叶片泵的噪声控制时，要优化设计叶片顶廓，以降低噪声值，使叶片泵的使用寿命得到有效延长。

1.4流量脉动方面

在进行工程机械用叶片泵高压低噪声问题研究时，是从工作腔结构本身的脉动特性和压力上升特性方面来对流量脉动进行分析的，根据相关数据显示，如果定子过渡曲线段内各叶片沿转子槽伸出的速度之和是一个常数，那么叶片泵瞬时流量则处于绝对均匀状态，因此，工作腔结构自身的脉动特性不是影响叶片泵流量脉动的主要影响因素，不会产生噪声问题。与此同时，根据相关资料和数据可知，流体噪声的主要来源是输出流量的脉动，当叶片之间的工作腔由吸油腔和排油腔之间的封油区进入吸油腔或者排油腔时，两者所产生的压力是不一样的，从而发生高压回流现象，对叶片和定子等部件会产生很大的冲击，导致噪声产生，使叶片泵的平稳性受到极大影响。

2.叶片泵定子曲线的优化设计

在工程机械用叶片泵的运转中，定子曲线的特性主要是有它的速度、跃动和加速度来体现的。

图1 常见定子曲线特性

如图1所示，在不同的曲线状态下，同时定子曲线的最大速度也相差不多的情况下，叶片泵的最大压力角基本不变。因此，在进行叶片泵定子曲线的优化设计时，要适当配置叶片数，这几种曲线情况下，都可以获得等于或近似于常数的速度组合，并且产生的输出流量脉动会比较小。例如：以等加速等减速曲线为例，在保证定子过渡曲线范围角α是叶片间隔角β=2π/z的偶数倍的情况下，过渡曲线范围内的叶片数k可以是某个偶数，因此，在叶片泵的运转过程中叶片所在点的速度组合就可以保持为常数，致使输出流量脉动为零，最终叶片泵高压噪声值会降到最低。

工程机械用叶片泵的高压低噪声要求中，定子曲线需要具有良好的力学特性、无激振效应等特性指标，并且流量脉动要尽可能小，而高次曲线正好能满足上述的特性要求。再对高次曲线进行预增压，预减压的优化处理，可以缓解高压叶片泵的高压回流现象，从而进一步降低叶片泵高压状况下的噪声值，使泵的运行更平稳。

3.结束语

综上所述，对叶片顶廓、定子、流量脉动等进行分析，对定子曲线进行优化设计，可以大大改善工程机械用叶片泵的高压低噪声问题，从而提高叶片泵的使用性能和使用寿命。

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