降低液壓閥噪聲的探討

1．簡介

液壓系統的噪聲問題，已成為妨礙其進一步使用的主要因素之一。國際標準化組織(ISO)對液壓傳動噪聲級別的規定一般不超過70～80dB。因此，無論是系統設計，還是元件選擇都應將噪聲問題考慮在內。液壓閥是直接影響液壓系統工作過程和工作特性的重要元件，非專業人員在設計液壓系統時，往往簡單地按照其工作參數額定工作狀態下的公稱壓力和公稱流量來選擇，結果在使用和調整時達不到最佳效果，出現一些沖擊、振動、噪聲等現象，甚至影響系統工作。下面就常見液壓閥在應用中如何降低噪聲，提高使用質量進行了探討，意在提醒應用者注意，保證正確、合理的使用閥類元件。

2．溢流閥的噪聲

(1)先導閥性能不穩定。一方面原因是，先導閥的錐閥在使用過程中，因頻繁開啟而過度磨損，使錐閥錐面與閥座接觸不良，造成先導閥流量不穩，產生壓力波動而引發噪聲，此時應及時修理或更換錐閥，如主閥無損壞，卸下調整螺帽，將導桿推幾下，使其接觸良好。另外也可能是先導閥彈簧變形，歪斜或失效，造成壓力波動大而引發噪聲，此時應更換彈簧。

(2)空氣侵入產生氣穴現象。溢流閥在液壓系統中作定壓閥使用，為了保持系統壓力近于恒定，部分油液是在一定的壓差下，通過很小的閥口，以很高的流速溢出，因此在閥口附近會造成高速噴流。根據伯努利方程，該處的液體壓力下降，當壓力低于該種油液的空氣分離壓時，溶解或混于油液中的空氣就會分離，產生氣泡。當含有大量氣泡的油液流人閥體回油腔時，由于壓力升高，使氣泡潰滅，從而發生氣蝕，并伴隨高頻噪聲。溢流閥產生氣蝕的主要原因是由于閥口及閥體油腔形狀變化引起液流壓力和速度變化所致。

為消除閥口處的氣蝕現象及噪聲，應將閥口過流斷面設計成長錐面縫隙，用以減小油液的突然收縮和突然擴散，也可在閥座上增加一些小孔，通過它們將已經恢復壓力的下游油液導回縮流部分，防止負壓產生。

(3)溢流閥共振。如圖190 (a)所示，溢流閥A和B的規格和調定值均相同，當兩個泵并聯供油時，有時溢流閥會發出很強的噪聲，當把兩個溢流閥的調定壓力彼此錯開時，噪聲則可以基本消除。這說明兩個調定值相同的溢流閥易產生共振，應盡量避免為好。如另外選擇一個溢流閥，并把它接在C點，如圖190 (b)所示，上述的噪聲問題可以得到解決。

(4)配管不當。如圖191 (a)所示，兩個液壓泵各自給不同的執行機構供油，當只有一個液壓泵工作時，溢流閥沒有噪聲，而當兩個液壓泵相距很近并同時工作時，溢流閥噪聲很大，并且壓力表的指針擺動很厲害，這是由于配管不當引起的。將兩個溢流閥的回油管分別接回油箱，如圖191 (h)所示，噪聲得以消除。

 

3．換向閥的噪聲

(1)閥芯動作過快。閥芯動作過快產生液壓沖擊時，系統的瞬時壓力峰值比正常工作壓力高出好幾倍，因而引起設備振動和噪聲。

減少措施可以從以下幾個方面考慮：①在液動換向閥中設置單向節流閥，通過改變節流閥的開度來調節閥芯的動作速度；②延長換向時間；③合理選擇滑閥的過渡和中位機能；④控制換向推力。

具體做法；①采用軟切換閥，通過調節節流孔大小，控制閥芯端面的泄油速度，從而限制閥芯的移動速度；②通過在閥芯棱邊加工出節流槽，或采用疊加式雙單向節流閥來控制主閥芯移動速度；③用比例電磁鐵來改變閥芯的推力達到延長換向的時間。

(2)通過換向閥的實際流量太大。對于電磁換向閥，最大的通流量一般應在額定流量之內，不得超過額定流量的120%，否則容易導致壓力損失過大，引起發熱和噪聲。如果無合適的換向閥，壓力和流量大一些的也可選用，只不過經濟性差一些，流量超過63L/min時，不能選用電磁換向閥。

4. 液控單向閥的噪聲

(1)選型不當。圖192中所示系統中的液控單向閥為內泄式。當換向閥左位工作時，負載向下運動。從原理上分析，工作原理是正確的。但在實際工作中，每當負載下降時，總會發出有節奏的早上，振動嚴重。經分析原因如下：負載向下運動時，液控單向閥的A口由于節流閥的作用，產生相當高的壓力，而此時液控單向閥的控制油口仍為原來的調定壓力。由于內泄式單向閥的A口壓力作用面積與控制腔控制壓力作用的面積相差不大，因此在A口壓力的作用下單向閥要關閉，這時A口壓力下降，單向閥再次打開。這個過程反復進行，導致了有節奏的振動噪聲。

解決的方法可從以下幾個方面考慮：①提高控制油壓力；②將節流閥設置在液控單向閥之上；③選擇外泄式液控單向閥。

(2)短時負壓。如圖193 (a)所示的液壓系統的重力負載較大，在下降過程中導致負載出現快降、停止交替的不連續跳躍、振蕩噪聲現象。這主要是由于負載較大，向下運行時由于速度過快，液壓泵的供油量一時來不及補充液壓缸上腔形成的容積，因此在整個進油回路產生短時負壓，這時右側單向閥的控制壓力隨之降低，單向閥關閉，突然封閉系統的回油路使液壓缸突然停止。當進油路的壓力升高后，右側的單向閥打開，負載再次快速下降……，上述過程反復進行，導致系統振蕩下行，噪聲時斷時續。

這種問題的解決方法之一是在下降的回油路上安裝一個單向節流閥，如圖193 (b)所示，這樣就能防止負壓的產生。另外，如將換向閥的中位機能改為卸荷型如“H”型的，鎖緊效果會更好，噪聲問題基本消除。

5．順序閥的噪聲

順序閥按結構分為直動式和先導式，內控式和外控式。若所選順序閥的結構不合適時，會導致壓力失控和噪聲。具體原因，調壓彈簧腔的油液壓力等于出口壓力，閥芯在液壓力作用下使閥口關閉，順序閥變成一個常閉閥。相反也可能當系統未達到順序閥的設定壓力時，壓力油卻從二次油出口流出，這些都會造成系統壓力波動大，控制失控并伴有噪聲。

以上各種液壓閥在使用中還存在由于共振引起噪聲的問題，因為液壓閥在結構上主要由閥體和閥芯組成，工作時，液壓閥的閥芯支持在彈簧上，當其頻率與液壓泵輸油管的脈動頻率或其他振源頻率相近時，就會引起振動，產生噪聲。這時，需改變管路系統的固有頻率，變動液壓閥的位置或適當地增加蓄能器，可起防振降噪聲作用。

通過上述分析，我們認識到在設計系統選擇元件時，僅能滿足單個元件的要求還是遠遠不夠的，還要注意相互間的協調兼容，以提高效率，這也省去后面調試過程中的許多麻煩。