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(1. 海軍駐北京地區(qū)艦船設(shè)備軍事代表室， 北京 100176； 2. 北京市液壓技術(shù)研究所， 北京 100176)

引言

隨著現(xiàn)代機(jī)械裝備的發(fā)展，環(huán)境機(jī)械噪聲越來越受到關(guān)注。溢流閥作為一般液壓系統(tǒng)必備的液壓元件，其噪聲水平對(duì)整個(gè)液壓裝置起著重要作用。

溢流閥噪聲源一般為主閥閥口的節(jié)流氣穴噪聲、回油流道的渦流噪聲及閥調(diào)定壓力的壓力脈動(dòng)引起的振動(dòng)噪聲的傳遞。為了抑制先導(dǎo)式溢流閥的噪聲，需要對(duì)溢流閥的先導(dǎo)閥和主閥結(jié)構(gòu)進(jìn)行技術(shù)研究，最大限度降低溢流閥的噪聲水平。

1 常規(guī)先導(dǎo)式溢流閥結(jié)構(gòu)及噪聲分析

常規(guī)先導(dǎo)式溢流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)一般如圖1所示。

圖1 常規(guī)先導(dǎo)式溢流閥內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

溢流閥由先導(dǎo)閥與主閥兩部分組成，先導(dǎo)閥控制主閥以適合較大流量的使用需要。由于常規(guī)溢流閥主閥閥口液流直接流到回油流道中，出流阻力很小，出流壓力很低，閥口容易發(fā)生氣蝕問題，造成很大的氣穴噪聲。同時(shí)閥口出流液流會(huì)在回油流道內(nèi)產(chǎn)生渦流，造成很大的渦流氣穴噪聲。

從綜合性能考慮常規(guī)溢流閥先導(dǎo)閥錐閥一般采取40°錐角結(jié)構(gòu)，由于錐閥前腔容積大、錐閥角度大，這種結(jié)構(gòu)的溢流閥一般壓力穩(wěn)定性稍差，壓力脈動(dòng)大。為了提高溢流閥壓力穩(wěn)定性、減小氣穴噪聲，研究人員設(shè)計(jì)了兩種結(jié)構(gòu)溢流閥進(jìn)行了噪聲控制研究。

2 先導(dǎo)閥為球閥式溢流閥結(jié)構(gòu)及噪聲分析

圖2所示溢流閥先導(dǎo)閥閥芯采用了球閥結(jié)構(gòu)、閥座采用了錐面結(jié)構(gòu)，閥口出流收縮系數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)都比較小，有利于降低閥的氣穴噪聲。由于先導(dǎo)閥閥芯采用了球閥結(jié)構(gòu)，導(dǎo)閥前腔容積很小，同時(shí)閥座采用了30°錐角內(nèi)錐結(jié)構(gòu)，可以有效地提高閥的壓力穩(wěn)定性。

溢流閥主閥口出流部位采用了類似二次節(jié)流的方式， 主閥閥口的出流液流經(jīng)閥芯與閥套形成的弓形窗口時(shí)根據(jù)閥口開度動(dòng)態(tài)加載，以此提高閥口出流壓力，使出流壓力高于油液汽化壓力，以達(dá)到減小氣穴發(fā)生的目的。同時(shí)主閥閥套閥口部位錐角由70°減小為60°，有利于提高閥的壓力穩(wěn)定性，減小壓力脈動(dòng)。

圖2 先導(dǎo)閥為球閥式溢流閥

3 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥結(jié)構(gòu)及噪聲分析

圖3所示溢流閥先導(dǎo)閥采用了錐閥結(jié)構(gòu)，錐閥錐角為25°，同時(shí)導(dǎo)閥控制邊直徑進(jìn)一步減小，前腔容積也相應(yīng)減小，這樣可以有效提高閥的壓力穩(wěn)定性。溢流閥主閥采用了組合式回油出流的方式，主閥口出流部位也采用了類似二次節(jié)流的方式，主閥閥口的出流液流經(jīng)閥芯與閥套形成的弓形窗口時(shí)根據(jù)閥口開度動(dòng)態(tài)加載，以此提高閥口出流壓力，使出流壓力高于油液汽化壓力，以達(dá)到降低氣穴噪聲的目的。由于主閥回油采用了組合式回油流道方式，當(dāng)出流液流到達(dá)閥的主回油流道時(shí)液流流動(dòng)速度已很小，不易形成渦流，因而有最大限度地減小了渦流氣蝕噪聲。同時(shí)主閥閥芯閥口部位錐角減小為40°，這樣有利于提高閥的壓力穩(wěn)定性，減小壓力脈動(dòng)。

圖3 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥

4 溢流閥的噪聲對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 測(cè)試手段的建設(shè)

為了保證試驗(yàn)驗(yàn)證的真實(shí)性及準(zhǔn)確性，研究人員建造了如圖4所示的簡(jiǎn)易元件噪聲測(cè)試室。根據(jù)試驗(yàn)大綱的要求設(shè)計(jì)了如圖5所示的試驗(yàn)裝置。測(cè)試儀器采用噪聲頻譜分析儀，被試元件采用支架固定，距離地面0.5 m，測(cè)試儀器傳感器距被試元件距離1 m。驗(yàn)證方式為對(duì)比試驗(yàn)。

圖4 簡(jiǎn)易元件噪聲測(cè)試室

圖5 試驗(yàn)裝置

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

(1) 常規(guī)溢流閥噪聲測(cè)試見表1。

表1 常規(guī)溢流閥噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)

在壓力為10 MPa、流量為100 L/min工況下常規(guī)溢流閥壓力脈動(dòng)幅值為0.72 MPa。

(2) 先導(dǎo)閥壓力調(diào)節(jié)元件為球閥式溢流閥噪聲測(cè)試見表2。

圖6 常規(guī)溢流閥流量-噪聲曲線圖(壓力為10 MPa)

圖7 常規(guī)溢流閥壓力-噪聲曲線圖(流量為100 L·min-1)

壓力/MPa 噪聲/dB(A)流量/L·min-1789104066．165．868．166．5506866．866．867．26069．468．868．268．2706968．470．269．48072．872．870．369．49072．874．275．573．810073．376．477．579．5

圖8 先導(dǎo)閥為球閥式溢流閥流量-噪聲曲線圖(壓力為10 MPa)

圖9 先導(dǎo)閥為球閥式溢流閥壓力-噪聲曲線圖(流量為100 L·min-1)

在壓力為10 MPa、流量為100 L/min工況下NO.1新型溢流閥壓力脈動(dòng)幅值為0.64 MPa。

圖10 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥流量-噪聲曲線圖(壓力為10 MPa)

(3) 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥噪聲測(cè)試見表3。

表3 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥噪聲測(cè)試數(shù)據(jù)

圖11 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥壓力-噪聲曲線圖(流量為100 L·min-1)

在壓力為10 MPa、流量為100 L/min工況下NO.2新型溢流閥壓力脈動(dòng)幅值為0.42 MPa。

4.3 驗(yàn)證結(jié)論

在工作壓力為10 MPa，工作流量為100 L/min工況下，常規(guī)溢流閥噪聲值為81.2 dB(A), 先導(dǎo)閥為球閥式溢流閥噪聲值為79.5 dB(A)， 主閥閥套回油通道為組合式溢流閥噪聲值為68.8 dB(A)。改進(jìn)結(jié)構(gòu)的溢流閥噪聲水平有明顯下降。

在工作壓力為10 MPa，工作流量為100 L/min工況下，常規(guī)溢流閥壓力脈動(dòng)值為0.72 MPa，先導(dǎo)閥為球閥式溢流閥壓力脈動(dòng)值為0.64 MPa，主閥閥套回油通道為組合式溢流閥壓力脈動(dòng)值為0.42 MPa。

5 結(jié)論

(1) 通過溢流閥噪聲源分析，對(duì)溢流閥進(jìn)行兩種形式的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)裝置完成了性能試驗(yàn)和噪聲對(duì)比試驗(yàn)。

(2) 通過對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證了改進(jìn)方案的可行性，溢流閥的空氣噪聲水平和壓力脈動(dòng)值與常規(guī)產(chǎn)品相比有了大幅度減小，達(dá)到了預(yù)期研究目的。

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