船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲分析與控制

李忠杰

摘 要：船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲不僅影響船舶的隱蔽性，而且會(huì)對(duì)管路和設(shè)備造成破壞，降低船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲是船舶設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。本文在對(duì)產(chǎn)生船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲根本原因進(jìn)行深入研究后，提出了船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲降低甚至消除的科學(xué)方法和有效措施，為以后設(shè)計(jì)、安裝、使用船舶操舵液壓系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：液壓;舵機(jī);噪聲;振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.014

1 操舵液壓系統(tǒng)噪聲分析

船舶操舵液壓系統(tǒng)根據(jù)采用的主控液壓元件是方向控制閥或變量泵分為閥控舵或泵控舵，本文研究的是閥控舵，主要由柱塞泵、蓄能器、溢流閥、方向控制閥和液壓缸等元件組成，采用開(kāi)式循環(huán)，定量液壓泵間歇工作，由蓄能器供油。

船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲主要有機(jī)械噪聲、負(fù)載噪聲、流體噪聲以及由于系統(tǒng)表面振動(dòng)而引起的空氣噪聲，其中以流體噪聲表現(xiàn)最為強(qiáng)烈。

1.1 機(jī)械噪聲

液壓機(jī)械由于零部件的制造誤差或裝配不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致零件的相互碰撞，引起振動(dòng)和噪聲。例如，作為高頻寬帶噪聲的代表機(jī)械噪音，主要產(chǎn)生自閥門(mén)類(lèi)配件的機(jī)械碰撞和閥芯內(nèi)的相互沖擊;柱塞泵作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，如果回轉(zhuǎn)件運(yùn)動(dòng)不平衡、軸承精度差、傳動(dòng)軸安裝誤差大、聯(lián)軸節(jié)偏斜等，也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，這類(lèi)噪聲主要由基頻和高頻諧波組成[1]。

1.2 負(fù)載噪聲

船舶操舵液壓系統(tǒng)工作時(shí)，液壓油推動(dòng)舵機(jī)液缸活塞做功，液壓油本身受到壓縮?；钊麚Q向時(shí)，高壓腔變成低壓腔，其壓力勢(shì)能在瞬間釋放，會(huì)對(duì)管路產(chǎn)生沖擊和噪聲[2]。負(fù)載噪聲主要由低阻尼引起的，可通過(guò)在液壓缸兩腔之間設(shè)置旁路泄漏通道或加裝機(jī)械式動(dòng)壓反饋裝置，來(lái)控制負(fù)載沖擊和噪聲。

1.3 流體噪聲

流體噪聲主要由液壓沖擊噪聲、空穴噪聲和脈動(dòng)噪聲等組成，產(chǎn)生液壓沖擊噪聲產(chǎn)生的根本原因是閥門(mén)配件的開(kāi)啟或關(guān)閉，而液壓沖擊噪聲也是流體噪聲中振幅最為劇烈的。在船舶操舵液壓系統(tǒng)中，控制液壓缸的方向控制閥是動(dòng)作十分頻繁的元件，無(wú)論是轉(zhuǎn)舵還是調(diào)整舵角，方向控制閥必須快速改變開(kāi)口大小，變換通流方向，從而產(chǎn)生液壓沖擊。方向控制閥門(mén)的開(kāi)關(guān)是造成操舵液壓噪聲的主要原因，閥門(mén)關(guān)閉速度的快慢影響著液壓噪聲的大小，閥門(mén)越快關(guān)閉，產(chǎn)生的噪音越大，所以想要降低閥門(mén)沖擊產(chǎn)生的噪聲，就要盡量放慢閥門(mén)關(guān)閉的速度。

2 降低操舵液壓系統(tǒng)噪聲的方法

產(chǎn)生操舵液壓系統(tǒng)噪聲的原因有很多，但主要都跟液壓機(jī)械振動(dòng)的性質(zhì)、頻率，還有系統(tǒng)內(nèi)管道空間的設(shè)計(jì)、連接等因素有關(guān)。對(duì)于成熟的操舵液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，降低系統(tǒng)噪聲是非常艱難的，想要有效的控制噪聲，就要從系統(tǒng)設(shè)計(jì)、機(jī)械配件的選擇和安裝上入手，從根源上減少操舵液壓系統(tǒng)的噪聲。

2.1 抓好系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)

（1）選用低噪聲液壓機(jī)械。操舵液壓系統(tǒng)噪聲中產(chǎn)生噪音振幅最劇烈，頻率最高的就是液壓機(jī)械，所以想要降低操舵液壓系統(tǒng)噪聲就要使用低噪聲的液壓機(jī)械。首先，在選用柱塞泵和閥門(mén)配件等液壓機(jī)械時(shí)，需要能夠符合降低噪聲的工作要求的同時(shí)，注意液壓機(jī)械與整個(gè)系統(tǒng)是否相適應(yīng)，避免發(fā)生共振現(xiàn)象;其次，在電機(jī)和柱塞泵軸心的連接處采用彈性的聯(lián)軸器，盡可能的避免他們之間產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲;最后，對(duì)閥門(mén)的開(kāi)關(guān)過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，在合理范圍內(nèi)對(duì)控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)的方向進(jìn)行設(shè)計(jì)，延緩閥門(mén)關(guān)閉的速度，降低機(jī)械噪聲。

（2）優(yōu)化管道空間布置。通過(guò)對(duì)操舵液壓系統(tǒng)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)、模擬及預(yù)測(cè)，對(duì)系統(tǒng)中管道空間的位置重新排列組合。首先，在管道長(zhǎng)短的選擇上，避免管道固有的振動(dòng)頻率與系統(tǒng)的壓力脈動(dòng)頻率相一致，防止產(chǎn)生共振，增加噪音。在管道布置中減少折彎，如果必需采用彎管，那么它的曲率半徑要在管道直徑的5倍以上，這樣才能避免管道內(nèi)產(chǎn)生的亂流引發(fā)的噪聲。其次，要將管道布置在能支撐堅(jiān)固牢靠的基座上，在管道、閥件、船體結(jié)構(gòu)三者的連接處使用彈性的支撐配件，在與液壓機(jī)械聯(lián)接處使用軟管，減少振動(dòng)的傳遞，抑制噪音的產(chǎn)生;最后，在管道設(shè)計(jì)中，與液壓油箱要保持足夠的安全空間，設(shè)置放氣裝置，將排回油箱中的氣體進(jìn)行分離，避免空穴現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）采用減振降噪措施。將操舵液壓系統(tǒng)中每個(gè)零部件實(shí)際產(chǎn)生噪音的頻率、振幅進(jìn)行分類(lèi)，根據(jù)不同的噪音大小采用不同的減振降噪的措施。首先，在操舵液壓機(jī)械（泵） 的機(jī)座加裝橡皮墊、彈簧或隔振裝置，使之與底板隔離，減少振動(dòng)傳遞。其次，在方向控制閥下游（舵機(jī)液缸附近）加裝軟管，方向控制閥上游加裝消聲器，利用軟管和消聲器吸收壓力勢(shì)能，減緩壓力脈動(dòng)，消除噪聲。最后，在液壓缸的進(jìn)出口加裝動(dòng)壓反饋裝置提高系統(tǒng)阻尼，降低系統(tǒng)的超調(diào)量，從而降低系統(tǒng)噪聲。

2.2 嚴(yán)格操舵液壓系統(tǒng)安裝

在操舵液壓系統(tǒng)中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行液壓機(jī)械和管道安裝。首先，要調(diào)整電機(jī)和泵的機(jī)座的連接水平，使用具有防松功能的緊固螺絲;其次，將管道中所有與閥件相接的地方，做到相同尺寸及大小，減少液體的流動(dòng)阻力。

2.3 合理使用和維護(hù)

嚴(yán)格按照規(guī)定要求對(duì)操舵液壓系統(tǒng)進(jìn)行使用及日常維護(hù)。首先，要注意方向控制閥門(mén)的操作方法，盡量降低閥門(mén)關(guān)閉的速度，延長(zhǎng)關(guān)閉時(shí)間，從而減少操舵液壓系統(tǒng)的噪聲;其次，定期進(jìn)行液壓機(jī)械及管道的檢查和維護(hù)，電機(jī)與機(jī)座的固定螺絲有沒(méi)有松動(dòng)、隔振裝置是否仍然起作用、吸油管的連接接頭有沒(méi)有掉落、濾油器的出口有沒(méi)有被堵住等。

3 結(jié)束語(yǔ)

液壓機(jī)械的使用及安裝質(zhì)量、系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)部件的耦合情況，從前期系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝到后期的使用和維護(hù)都與船舶操舵液壓系統(tǒng)噪聲的產(chǎn)生有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。如果想要從源頭降低操舵液壓系統(tǒng)噪聲，就必須從開(kāi)始的設(shè)計(jì)階段就避免噪聲，使用符合要求的低噪聲液壓機(jī)械，對(duì)管道空間位置布局進(jìn)行重組，嚴(yán)格按技術(shù)要求施工、操作和維護(hù)，這樣才是降低操舵液壓系統(tǒng)噪聲科學(xué)合理的辦法。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳顯揚(yáng)，嚴(yán)學(xué)書(shū).液壓系統(tǒng)噪聲與控制的探討[J].渝州大學(xué)學(xué)報(bào)，

1993（03）：74-80.

[2]顧邦中.船舶操舵系統(tǒng)液壓沖擊問(wèn)題的分析[J].中國(guó)修船，2005

（01）：26-28.