液压转向阀内噪声因素的研究

液压转向阀内噪声因素的研究 液压转向阀内噪声因素的研究 禹红斌(上海采埃孚转向机有限公司) 【摘要】为了消除液压转阀中的噪声,文章分析了转阀控制槽结构特 性,利用加速度传感器测量液流振 动.结果表明,液流背压对气穴与噪声特性有直接的影响,随着背压的 提高,气穴的析和生长得到明显抑制, 转阀中的噪声也随之下降. 【主题词】转向阀汽车噪声 0引言 随着消费者对舒适性需求的提高,汽车制造 行业从各方面改进MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1713240204271_0.其中对于传动系统的噪 声,振动和声振粗糙度(NVH)特性的研究,已经成 为汽车行业的研究热点之一.在汽车的NVH特 性问题中,液压转向器转阀的啸叫声成为急需解 决的突出问题. 液压元件中的气穴现象是液压系统噪声的重 要来源.当液流经过阀口时,阀口两端压差迅速 增加,流速急剧加快,阀口收缩面处的压力接近饱 和蒸气压时,气穴产生.液压转向阀的流道尺寸 小,工作压差大,阀口流速高,从气泡微观上研究 液压元件中的气穴现象非常困难. 国外的ThomasZenke等人研究了转叶泵的气 穴现象,得出气穴的两种不同形式和气穴的成因. 国内的杜学文,王庆丰等人研究了节流阀的节流 槽结构与气穴噪声间关系,通过预测气穴噪声的 声压模型,并实施试验验证,发现节流槽结构可改 变气穴噪声. 液压助力转向器由于其液流截面,压力,流速 的不断变化,流动噪声成为棘手的问题,其中转动 转阀时产生的啸叫声尤为普遍.本文则主要研究 液压转向器转阀噪声的影响因素以及减弱噪声的 方法. 收稿日期:2007—09一I8 上海汽车2007,11 1转阀控制槽结构特性分析 液压转向阀的内部结构如图1(a)所示,主要 部件包括阀芯,阀套,扭杆,小齿轮.阀内部有可 供液流通过的连续l2个凹槽,阀芯和阀套上各有 6个,中间的夹角均是60.;阀套内凹槽上间隔开 有3个与油腔A相连的油口A和3个与油腔B相 连的油口B,阀套内凸槽间隔各开有3个阀进油口 和出油口;阀外部在阀套上沿轴向分布3个平行 的环形凹槽,这3个槽相互不连通且分别与阀套 内部的各3个油口A,3个油口B,3个进油口相 通.阀套与阀芯相对位置的改变,通过阀芯凹槽 与阀套凸槽问的开口变化甚至关闭来控制阀内液 流分配.以图1(c)所示的以转阀逆时针转动为 例,此时A,P口间控制槽和B,R口问控制槽的开 口变大,而B,P口间控制槽和A,R口问控制槽的 开口变小并趋于关闭;液压油由P口进入A口,再 经由内部油管进入壳体缸筒内油腔A;同时油腔B 内液压油经由内部油管回到B口,再从R口回到 储油罐;这样驱动齿条沿油腔A向油腔B方向前 进.反之亦然,转阀顺时针转动,可驱动齿条沿油 腔B向油腔A方向前进. 由实验得知,气穴一般发生在阀内部的某些 位置,当液流通过节流槽时,压力将有相应的下 降.ShigeruOshima在1994,2003年间用一个独 ? 25? 流… 流 (a)液转向系统结构示意图(协) A B 阀套挖制惰 (b)阀体截所及控制边示意陶(阀逆时针转动) 图1液压转向阀的结构 立提升向,详细研究了其气穴特性.Hisanori在 1994年研究公布了噪声的测量结果并对减压阀进 行了数值模拟.这些研究表明,流道和阀口的几 何形状对阀的噪声有很大影响. 在转阀控制边闭合的瞬时,阀芯控制槽内的 ? 26? 高压油通过迅速变小的节流通道进入阀套控制 槽,在控制槽唇口两侧迅速形成高压差,流速瞬间 加快,当控制边收缩截面处的压力达到临界空化 压力时,就会产生气穴,从而产生啸叫声.仍以图 1(c)为例,随着转阀逆时针转动,B,P口问控制 槽唇口和A,R口间控制槽唇口截面同时趋小(理 论将归零),将导致不同的气穴状态,B,P口间产 生的气穴在输入压力和卸流压力间产生,可称之 为收缩状态;A,R口间产生的气穴在工作压力和 回流压力间产生,可称之为扩张状态. 南于改变转阀流道结构参数,将涉及到诸如 加工设备变更,工艺更改,客户认可等难以短期实 施的问题,流体介质粘度也南客户选定;而改变转 向器的背压则可以通过在回油口增设单向阀或节 流阀等手段,较易实现;本文将着重分析气穴噪声 与背压的相关关系,并用振动测试结果予以验证. 2阀口压差,流量关系分析 影响液压转向阀内气穴噪声大小的因素很 多,主要因素有液流流速,介质粘度,转阀流道结 构特性,以及背压. 设阀口两端压差为Ap:p.-p2,其中p.,p2分 别为控制槽唇口前后压力. 为了描述气穴的发生趋势,定义气穴系数K 如式(1), K:P2/Ap(1) K值越小,说明出口压力与压差比相对较小, 此时容易产生气穴现象. 阀口流量方程为: Q.ctlA(2) 式中,A为阀口通流截面积,P是油液密度,C 是阀口流量系数. 设C,为产生气穴时的阀口流量系数,则由 (1),(2)式,可得知: c: V1TJ (3) 可以看出,初始阀口流量系数是与阀口几何 尺寸相关的常数,阀口两侧加工出眉毛槽,可以使 上海汽车2007.11 阀口入口液流压力不会马上下降,此处K值不会 很小,不易产生气穴. 3液流振动测量试验 液流振动测量装置方框图如图2所示,液流 振动测量装置实验仪器如表1所示. r———————1r———————1r————————] VKL?l液j输入I一?I液J调l一? |-囤卜圈卜 罔2液流振动测量装置方框罔 表1液流振动测量装置仪器一览表 圆 关键仪器/装置制造商型号主要参数 BoschPGF.2X/OI1.Q:l6I/l11in— 液压供油泵I500L/rain,R exrothRE0lVE4 Pmax:2lMPa MGIOHVG40012V,节流阀H erionN r.5l002l5 加速度传感器B&K4384 调理放大器NEXUSOl5-o8O6 双通道过滤器SRSSR650 数据分析软件ZFGWinwertV3.8 测量软件ZFGVKL 试验台架ZFG3Y70400460 实验过程为,背压分别设置为0MPa, 0,1MPa,0.2MPa和0,3MPa时,阀腔进口压力逐 渐从0升至7MPa,测试振动的振幅. 4实验结果及分析 网3,6表明了背压与振动及噪声之间关系. 图3,6中,横坐标是振动的振幅(mm/s),纵坐标 是阀腔进口压力. 在同样的背压条件下,随着阀腔进口压力增 加,振动的振幅先减小,然后持续增加(表2).对 比图3,6可以看出,随着背压的增加,振动的振 幅逐渐减小.原因是,背压的增加直接增大了液 体收缩压,液体的弹性模量增加,进而限制了气穴 现象的产生并大大降低了噪声. 上海汽车2007,11 一|——,j-一r—… l《 / / i叠 ; 罔3背压处于0MPa时的振幅 —l l ; t> ;多 f 罔4背压处于0.1MPa时的振幅 \毛 摹,,_,r ; \ 主{ ; 网5背压处于0.2MPa时的振幅 表2阀背压与振动的振幅实验结果汇总 阀背压最大振幅最小振幅最小振幅处劂腔 (MPa)(nlnv’s)(nlnI/s)进口压力(MPa) 00.20.0l81.1 0.10.170.0l71.2 0.20.140.0l51.7 0.30.0750.0l32 5结语 本文分析了转阀控制槽结构特性,利用加速度 ? 27? {妄l |毒r: {专 |? ,{?{ j:; 图6背压处于0.3MPa时的振幅 传感器测量液流的振动.结果表明,液流背压对噪 声特性有直接的影响,随着背压的提高,转向阀振动 的振幅逐渐减小,转阀中的噪声也随之下降. 参考文献 1ThomasZenke,MenoTUrk,CavitationBehaviourofRotary LobePumps,2004.1 2杜学文,邹俊,傅新,冀宏,杨华勇.节流槽结构对气 穴噪声的影响.浙江大学(T学版),2007.41(3) 3冀宏.傅新,杨华勇等.节流槽型阀口噪声特性实验研 究.机械T程,2004.40(11) 4冀宏,傅新,杨华勇等.非全周开口滑阀压力分布测量 研究.机械T程.2004.40(4) 5Shigernoshima,Timoleino,MattiLinjama,etc..EffectofCav. itationinWaterHydraulicPoppetValves.InternationalJournalofFluid Power,2001.2(3) 6MarcusRoesth.HydraulicPowerSteeringSystemDesignin RoadVehicles.LinkoepingStudiesinScienceandTechnology,2007 7乔中华,王海拴.液压阀气穴现象的研究.液压气动与密 封,2000.3 8冀宏,傅新,杨华勇.溢流阀流动气穴显示及噪声试验 研究.机床与液压,2002.15 9Jes0sEsaae.IncipientCavitationinaSteeringRotaryValve, FluentNews,2005 10Behrens.H.W,,Harpole,G.M..ReviewofHissNoiseRe. searchResults.TRWSteeringDivision,19923 Abstract Toeliminatehydraulicrotaryvalvenoise,the structureofrotarycontrolvalvesnotchisanalyzed, andvibrationofhydraulicoilistestedbyaccelerator sensors.Theresultsshowthatbackpressureofhy- draulicoilhasdirecteffecttothecharacteristicofthe cavitationsandnoise.Withtheincreaseoftheback pressure,theisolationandgrowthofcavitationsisre- strained,andthenoiseinsideofrotaryvalvedecrea. SS. .1止.址.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.址.1止.址.1止.址. 址.址.址.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1 止—l止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止.1止—l止 (上接第24页) 噪声性能研究中的应用实例,说明了此法应用于 大型有限元模型计算的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 ,并从计算结果对比 中说明了其正确性和适用性.这项技术将成为振 动噪声领域整车级分析研究的一个合理而有效的 工具,为下一步建立子结构改进与整车性能的相 互关系打下了坚实基础,为未来结构优化设计提 供了方向. 参考文献 1傅志方.华宏星.模态分析理论与应用.上海:上海交通大 学出版社.2000.7 ? 28? Abstract Componentmodalsynthesis(CMS)techniqueis described.Onerelatedapplicationatwholevehicle noisevibrationfieldisintroduced,andalsotheproce- dureofhowtobuildthewholevehiclemodelbyusing thistechniqueisintroduced.Verifiedbythecomputa- tionresultbetweenadoptingthistechniqueornot, CMSisregardedasaneffectiveandcostdecreasing toolforstructurebornevibrationstudyatwholevehi- cleleve1. 上海汽车2007.Il 《衅鬟m一 ?萝 擘螽 撵薄鹾纛 ?如?加mO