轴向柱塞泵噪声源识别的试验研究

发布时间：2020-11-01 12:59

　　 随着工业的迅速发展,工程机械的应用逐渐增多,挖掘机作为“工程机械之王”,被广泛的应用于各种工程领域,在挖掘机的液压系统中,柱塞泵为重要动力元件。某公司研制的FMP112型柱塞泵,用于挖掘机液压系统中,但发现该泵会产生较大噪声,进而使挖掘机操作人员的健康和工作状态受到很大影响。因此,识别出该柱塞泵的噪声源具有重要意义,可为以后的降噪工作提供依据。本文以FMP112型柱塞泵的噪声为研究对象,将国内外的噪声源识别方法进行了对比,结合理论分析,设计了FMP112型柱塞泵的噪声与振动测试试验系统。通过对试验数据进行有效测量,获取了其噪声与振动特征,并应用频谱分析及偏相干分析的方法识别了该泵在转速为1100r/min、1400r/min、1660r/min、1700r/min以及1900r/min,负载压力为20MPa及24MPa时的具体噪声源及噪声传递路径。本文的主要研究内容及结论如下:(1)介绍了挖掘机主泵噪声的研究背景,柱塞泵噪声以及噪声源识别方法的国内外研究现状,并对FMP112型柱塞泵的噪声来源及产生机理进行了理论分析。(2)结合被测泵的结构,简要分析该泵的工作原理,并对该柱塞泵部件的振动基频进行了计算,得到该泵在不同转速下各部件的振动频率。(3)对声学知识进行了简单介绍,并介绍了常用试验方法以及信号的分析处理方法。设计了基于声压法的FMP112型柱塞泵的噪声与振动试验,并说明试验方案以及相关的注意事项。(4)针对试验数据,判别了背景噪声对泵噪声的影响,并对泵的整体噪声进行了分析,发现被测泵的整体噪声随着转速及负载的增大而逐渐增大。最后对泵在各工况的噪声及振动信号进行频谱分析,结合基频计算识别其主要的特征频率,经分析:柱塞往复冲击、流量倒灌以及油液的脉动为主要噪声源;而由轴承振动、主轴旋转时振动导致的噪声均为次要噪声源。(5)建立了泵的偏相干计算模型,确定该泵噪声的偏相干识别计算步骤,对该泵在上述工况下的噪声源进行偏相干计算,准确辨别各特征频率下的具体声源:当电机转速为1400r/min时,低频段下的主要结构噪声源为轴承振动及主轴振动,通过C点传递产生;而在其它转速下时,低频下的主要结构噪声为主轴旋转时产生的振动,空气噪声源主要为油液流动的噪声在空气中的传播。在各转速下的中、高频率时,结构噪声源主要为柱塞往复冲击产生的振动,且主要通过A、B进行传递。
【学位单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TH137.51
【部分图文】：

FMP112型柱塞泵

试验研究2会导致很严重的安全事故。所以对挖掘机的降噪显得尤为重要，而这在某种程度上也意味着对变量柱塞泵进行降噪。本文针对中型挖掘机主泵的噪声问题，结合该泵的结构原理以及噪声产生机理，对柱塞泵进行噪声与振动试验。通过频谱分析，偏相干识别的方法分析出该变量柱塞泵的主要噪声源以及传递路径。这可以对后续柱塞泵的降噪以及结构优化提供参考。1.2柱塞泵的噪声产生机理根据柱塞泵的相关结构以及工作时的特点，本文所研究的柱塞泵主要噪声来源可分为如下几类：机械噪声、流体噪声、电机噪声以及其它噪声，如图1.2所示。经文献[6-8]查询，以下将对不同噪声的产生机理进行简单分析。图1.2柱塞泵噪声分类(1)机械噪声：首先，受到加工及装配精度的影响，泵内部的回转部件会在高速旋转的工作状态下有不平衡惯性力产生，使柱塞泵的主轴产生弯曲现象，并发生振动，进而通过泵壳表面传递后产生噪声。其次，当泵的主轴发生形变时，由于其处于高速转动的情况下，支撑轴承也将会受到周期性载荷，导致轴承产生振动进而引发噪声。再者，由于柱塞泵内部柱塞在运动过程中，会受到周期性的交变压力，从而产生振动，并传递到泵壳表面并产生噪声。最后，由于缸体与主轴之间通过花键联接，在缸体转动时会与主轴发生啮合，这会导致周期性的冲击并产生噪声。此外，还存在着齿轮传动等机械噪声。若泵内部某部件的振动频率与泵固有频率相同，则泵会产生共振现象，进而增加泵工作时的噪声。(2)流体噪声：此类噪声主要由两类原因所造成，一类是由泵的流量脉动及压力脉动引起的，另一类是由于油液的空化现象所引起的。一方面，根据柱塞泵的工作原理，当其处于吸油以及排油的工作过程中时，缸体内会产生周期性的压力变化以及流量变化，这在排油管中即表现为?

工程硕士学位论文3动现象，对产生空穴的位置进行填补。当油液处于高速流动的状态下，其内部质点会剧烈碰撞，从而形成压力冲击，压力以及温度都会剧烈加大，最后会有强烈的噪声与振动产生。(3)电机噪声：电机的噪声主要指的是电磁噪声，是由定子的铁心内壁受到电磁激振力的作用，从而直接产生的。当电磁激振力的频率与定子铁心固有频率基本相同时，便会有剧烈的振动产生，从而会有电磁噪声，经资料查询，一般的电机噪声频率在700Hz以上[9]。本研究中将电机噪声作为背景噪声来处理，不再赘述。(4)其它噪声：在液压系统中，溢流阀是控制系统整体压力的，其工作时会产生较大的噪声。此外，还有试验台的摩擦，管路振动等噪声，由于本研究是对柱塞泵工作时内部噪声源进行分析，故其它噪声不纳入讨论范围。经上述分析可知，泵的部件受到冲击力后产生振动，进而产生噪声，图1.3列举出了柱塞泵内部振动的主要传播路径。图1.3柱塞泵内部振动的传递路径[10]1.3柱塞泵噪声的国内外研究现状1.3.1国外研究现状国外各高校及研究机构对柱塞泵噪声的研究，始于上世纪60年代。前苏联Zaichenko教授[11]为了研究柱塞泵中的脉动对流体噪声的影响，在1969年时对柱塞泵腔的压力建立了数学模型，但由于当时情况所限，忽略了一系列重要的因素，致使其模型不够准确。而日本的学者山内一弘[12]，在1975年时，使用数学差分方法，对轴向柱塞泵腔的压力进行求解，并与试验进行了对比，得到了较为准确的模型，并为之后柱塞泵内部压力脉动的测量奠定基矗
【参考文献】

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本文编号：2865565