振動(dòng)、噪聲及其控制

    振動(dòng)與噪聲是包括液壓泵在內(nèi)的液壓元件在系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生的兩種現(xiàn)象。振動(dòng)是彈性物的固有特性，噪聲源于振動(dòng)，引起噪聲的振動(dòng)物稱為聲源，所以噪聲的控制歸結(jié)為振動(dòng)的控制。

    隨著液壓技術(shù)的高壓化、高速化、大功率化，振動(dòng)與噪聲已成為液壓技術(shù)發(fā)展中的突出問題。因?yàn)檎駝?dòng)影響主機(jī)和系統(tǒng)的工作性能及使用壽命，而噪聲除了造成人的聽力損傷外，還會(huì)分散操作者的注意力，更可能淹沒報(bào)警信號(hào)，造成人身、設(shè)備事故等。振動(dòng)與噪聲已成為衡量液壓泵性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。

    (l)振動(dòng)的原因  理論分析表明，液壓元件及裝置產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因在于存在激振力，振動(dòng)的大小取決于激振力的大小及元件的固有參數(shù)。而振動(dòng)的大小可以通過加速度計(jì)代替噪聲測(cè)試儀器——聲級(jí)計(jì)中的傳聲器來測(cè)量。液壓元件及裝置的防振、減振和消振的主要途徑是消除或減小激振源（力），合理設(shè)計(jì)和匹配液壓元件及裝置的固有參數(shù)。

(2)液壓噪聲的產(chǎn)生、輻射及類型由下表可知，液壓泵是液壓系統(tǒng)所有元件中的主要噪聲源，稱一次聲源；而另一些元件如油箱和管道等，本身發(fā)聲很小，不是獨(dú)立的噪聲源，但泵和液壓閥等元件產(chǎn)生的機(jī)械和液體噪聲會(huì)激發(fā)它們產(chǎn)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生和輻射出很強(qiáng)的噪聲，這類噪聲源稱二次聲源。液壓系統(tǒng)的噪聲是一次聲源和二次聲源噪聲的疊加。所以液壓裝置的振動(dòng)與噪聲控制應(yīng)從元件噪聲和裝置振動(dòng)產(chǎn)生噪聲兩個(gè)方面來考慮。顯然，降低液壓泵的噪聲是控制整個(gè)液壓系統(tǒng)噪聲的主要途徑。

液壓元件產(chǎn)生噪聲和傳遞輻射噪聲的排列順序

    液壓元件及系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲主要有機(jī)械噪聲和流體噪聲兩類。對(duì)于液壓泵而言，機(jī)械  噪聲有軸承振動(dòng)引起的噪聲、泵內(nèi)零件之間相互碰撞產(chǎn)生的機(jī)械碰撞噪聲、相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件因表面間潤(rùn)滑不良摩擦而產(chǎn)生的噪聲、整個(gè)液壓泵作為一個(gè)質(zhì)量一彈簧系統(tǒng)因振動(dòng)而產(chǎn)生的噪聲等；流體噪聲有吸油腔處產(chǎn)生的汽蝕噪聲、流道變化引起的旋渦脫離聲、負(fù)載突變或困油引起的壓力沖擊聲、流量脈動(dòng)引起的壓力脈動(dòng)聲等。

    (3)噪聲的描述及允許標(biāo)準(zhǔn)  作為噪聲的物理量度，聲壓級(jí)Lp(dB即分貝)是工業(yè)上常用的物理量之一，用于描述噪聲的大小或強(qiáng)弱。

                           Lp=20lg（p/p₀） (dB)                  (1-17)

式中p——實(shí)際聲壓，Pa；

    p₀——基準(zhǔn)聲壓（又稱聽閾聲壓），p₀=2×10^-5Pa。

    噪聲控制是環(huán)境保護(hù)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是液壓產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。我國(guó)于1980年公布實(shí)施的《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》是根據(jù)A聲級(jí)（聲級(jí)計(jì)中的A計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)測(cè)定的噪聲）制定的。我國(guó)關(guān)于液壓泵的噪聲允許值，在JB/T 7041-2006_ JB/T 7039-2006和JB/T 7042-2006中進(jìn)行了規(guī)定：例如在額定壓力、轉(zhuǎn)速下，額定壓力10～25MPa、排量>25～500mL/r的齒輪泵的噪聲值應(yīng)≤85dB (A)；額定壓力16～25MPa.排量>50～63mL/r的定量葉片泵的噪聲值應(yīng)≤78dB (A)。排量>25～63mL/r的斜盤式軸向柱塞泵的噪聲值應(yīng)≤85 dB (A)。

(4)噪聲的測(cè)量為了分析液壓泵的噪聲大小，分析噪聲源并采取適當(dāng)?shù)目刂拼胧铚y(cè)定液壓泵的噪聲。

    ①測(cè)試儀器常用的噪聲測(cè)試儀器有聲級(jí)計(jì)、頻率分析儀和記錄儀器等。聲級(jí)計(jì)是應(yīng)用較為普遍、適宜現(xiàn)場(chǎng)的一種噪聲測(cè)量?jī)x器。它既能測(cè)量噪聲的聲壓級(jí)和聲級(jí)，還可以通過濾波器進(jìn)行頻率分析，用加速度計(jì)代替其傳聲器測(cè)量振動(dòng)。按照測(cè)量精度和用途的不同聲計(jì)級(jí)可分為普通型、精密型和脈沖精密型三種。液壓元件和液壓裝置的噪聲測(cè)量通常采用精密聲計(jì)級(jí)。按照顯示及讀數(shù)方式不同，聲級(jí)計(jì)有指針式和數(shù)字式之分(外形見圖R)。聲級(jí)計(jì)的使用方法和注意事項(xiàng)可參照其產(chǎn)品說明書。

    ②測(cè)試環(huán)境及位置  噪聲的測(cè)量比較理想的是在人為建成的自由聲場(chǎng)的消聲室中進(jìn)行，要求消聲室內(nèi)壁面的吸聲條件良好，沒有反射聲，除了被測(cè)元件外，其他裝置都要設(shè)在它的外面，以免造成影響。因此這種噪聲測(cè)量的消聲室都是特別設(shè)計(jì)的（廣州機(jī)械科學(xué)研究院曾于20世紀(jì)80年代建成了消聲室）。然而在工程實(shí)際中，往往不具備這種消聲室的條件而要求在一般試驗(yàn)室或工作場(chǎng)所來進(jìn)行測(cè)量，此時(shí)，為了使測(cè)量結(jié)果具有足夠的準(zhǔn)確性，應(yīng)避免其他聲音的干擾和聲音反射等影響。

在選擇測(cè)試位置時(shí)，應(yīng)注意聲場(chǎng)的分布特性。圖S中的陰影區(qū)域，聲壓級(jí)會(huì)隨測(cè)量距離r的改變而波動(dòng)，不宜進(jìn)行測(cè)量。故應(yīng)盡可能將測(cè)點(diǎn)選在自由聲場(chǎng)（邊界影響可以不計(jì)的聲場(chǎng)）的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)域內(nèi)，在該區(qū)域內(nèi)測(cè)量的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠，距離r每增加一倍，噪聲降低6dB (A)，由此可用聲級(jí)計(jì)概略找到自由聲場(chǎng)的遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。

    測(cè)點(diǎn)位置選擇的具體做法如下。

    a．選在距被測(cè)裝置表面1.5m處、離地面1.5m處。若噪聲源尺寸較小(如小于0.25m)，則測(cè)點(diǎn)應(yīng)與被測(cè)裝置表面較近(如0.5m)。且應(yīng)注意測(cè)點(diǎn)應(yīng)與室內(nèi)反射面相距2～3m以上。力求傳聲器正對(duì)被測(cè)裝置的幾何中心。

    b．測(cè)點(diǎn)應(yīng)在所測(cè)表面四周均布，一般不應(yīng)少于4點(diǎn)。若相鄰點(diǎn)測(cè)得的聲級(jí)相差5dB (A)以上，則應(yīng)在其間增加測(cè)點(diǎn)，噪聲級(jí)取各測(cè)點(diǎn)的算術(shù)平均值，按此法算出的聲級(jí)與能量平均法算出的聲級(jí)之差不會(huì)大于7dB (A)。

    c．若兩噪聲源相距較近（如液壓泵及其驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)），則測(cè)點(diǎn)宜距被測(cè)噪聲源很近(0.2m或0.1m)。

    d．如需了解噪聲源對(duì)人體的危害，可把測(cè)點(diǎn)選在操作者位置的人耳處，或者在操作者經(jīng)?；顒?dòng)、工作的范圍內(nèi)，以人耳高度為準(zhǔn)選擇幾個(gè)測(cè)點(diǎn)。

    ③測(cè)試注意事項(xiàng)測(cè)試時(shí)主要應(yīng)當(dāng)注意消除和減少環(huán)境的影響。

    a．電源、氣流、反射等的影響。如果儀器的電源電壓不穩(wěn)定，應(yīng)使用穩(wěn)壓器；使用于電池時(shí)，若電壓不足應(yīng)予更換。室外測(cè)量宜選擇在無風(fēng)天氣。風(fēng)速超過4級(jí)時(shí)，可在傳聲器上罩上防風(fēng)罩或包上一層綢布。傳聲器應(yīng)避開風(fēng)口和氣流。應(yīng)盡量排除測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的反射物，不能排除時(shí)，傳聲器應(yīng)置于噪聲源和反射物間的適當(dāng)位置，并力求遠(yuǎn)離反射物，例如離墻壁和地面在1m以上。測(cè)量噪聲時(shí)，傳聲器在所有測(cè)點(diǎn)都要保持同樣的入射方向。

b．背景噪聲（本底噪聲）的修正。背景噪聲是指被測(cè)噪聲源停止發(fā)聲時(shí)周圍環(huán)境的噪聲。背景噪聲應(yīng)低于被測(cè)合成噪聲l0dB (A)以上，否則應(yīng)進(jìn)行修正，即按下表在所測(cè)出的噪聲中扣除背景噪聲值A(chǔ)L。

                                 存在背景噪聲的修正值                    dB(A)

 (5)控制振動(dòng)與噪聲的途徑  由于液壓泵的噪聲類型主要有機(jī)械噪聲和流體噪聲兩類，故從選擇、使用與維護(hù)角度，控制液壓泵的振動(dòng)與噪聲的主要途徑如下。

    ①優(yōu)先選用低噪聲液壓泵及其原動(dòng)機(jī)。

    ②設(shè)法提高液壓泵組相關(guān)零件的加工、安裝精度，以減小機(jī)械振動(dòng)及其噪聲。

    ③當(dāng)液壓泵組置于油箱頂蓋上時(shí)，應(yīng)在泵組底座下采取隔振措施（如加裝橡膠隔振墊），以切斷機(jī)械噪聲的傳播通道，防止油箱振動(dòng)。

    ④如安裝空間允許，則應(yīng)考慮采用非上置式液壓泵站，并將泵組與油箱分開放置（圖T），以隔離泵組振動(dòng)對(duì)油箱的影響。

⑤液壓泵的進(jìn)、出油口采用軟管連接（圖T），以截?cái)啾玫臋C(jī)械振動(dòng)。

    ⑥加大油箱的結(jié)構(gòu)剛度，如設(shè)加強(qiáng)筋，使其不易被激振；在保證散熱前提下，力求減小油箱表面積，以降低其輻射噪聲。

    ⑦合理設(shè)計(jì)和安裝管路。在滿足使用要求的前提下，通過改變管路長(zhǎng)度，避開外界激振頻率和共振點(diǎn)；配置一定數(shù)量的管夾，提高管路連接剛度，以防止其振動(dòng)；必要時(shí)，可在管道外壁纏繞黏彈阻尼材料，通過此材料的內(nèi)耗，吸收管路振動(dòng)能量，減小振幅，從而減小聲輻射的強(qiáng)度。

    ⑧防止因液壓系統(tǒng)中壓力、流量變化產(chǎn)生振動(dòng)所激發(fā)的流體噪聲，其具體措施如下。

    a．液壓元件及管接頭應(yīng)密封良好，以防空氣進(jìn)入系統(tǒng)，防止系統(tǒng)產(chǎn)生局部低壓，從而減小因氣穴現(xiàn)象引起的噪聲。為此，液壓泵的轉(zhuǎn)速不宜過高，在相同功率下，應(yīng)選用大流量泵使其在低轉(zhuǎn)速下工作，以避免因流速過高而產(chǎn)生局部低壓區(qū)，使油液中的空氣析出而產(chǎn)生噪聲。改善和提高液壓泵的吸油性能，如油液黏度不宜過高，吸油濾油器阻力損失要??；合理配管[如圖U(a)所示，雙聯(lián)泵的油液大部分從大流量泵（低壓）流過，小流量泵則很容易因吸油不足而產(chǎn)生氣穴噪聲，故圖U (b)的配管較合理]，泵的吸油管要短而粗。液壓泵低于油箱安裝或采用增壓油箱。控制閥的進(jìn)、出油口壓差不能過大，一般進(jìn)、出口壓力比應(yīng)不大于3.5。

    b．防止液壓沖擊噪聲。系統(tǒng)出現(xiàn)液壓沖擊時(shí)將伴隨劇烈噪聲，為此，應(yīng)設(shè)法防止系統(tǒng)出現(xiàn)液壓沖擊。例如，減緩液壓系統(tǒng)閥門啟閉速度；減緩執(zhí)行元件制動(dòng)速度；防止負(fù)載突變等。

    c．防止壓力脈動(dòng)噪聲。液壓泵周期性的流量脈動(dòng)是系統(tǒng)主要的壓力脈動(dòng)源。由于壓力脈動(dòng)，將導(dǎo)致系統(tǒng)中元件和管道作周期性振動(dòng)，從而激發(fā)噪聲。特別當(dāng)脈動(dòng)頻率與管系固有頻率接近或重合時(shí)，還會(huì)激發(fā)系統(tǒng)共振使噪聲增大?？赏ㄟ^合理確定管夾部位，調(diào)節(jié)配管本身的固有頻率，以避開共振管長(zhǎng)。

    d．在液壓泵近旁設(shè)置蓄能器或亥姆霍茲共振消聲器等。

e．限制噪聲傳播。當(dāng)采用上述噪聲控制措施仍未達(dá)預(yù)期效果時(shí)，可考慮對(duì)液壓泵站采取隔聲、吸聲等技術(shù)措施，以限制噪聲的傳播。如用隔聲罩將液壓站罩起來。隔聲罩需根據(jù)使用對(duì)象自行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用有較大隔聲能力的結(jié)構(gòu)材料（如在隔聲板中間夾放鉛箔等大密度材料）并使隔聲罩內(nèi)表面有較好的吸聲能力（常用玻璃纖維、塑料等多孔材料作吸聲材料）。所選擇的隔聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（圖V）應(yīng)既隔聲又能通風(fēng)散熱。威斯特小編敬上