分析溢流阀噪声振动成因及排除方案一项研究

溢流阀在使用中,往往是装置中最为活力四射、充满激情的部件,然而常有的故障却会让其失去应有的颜面,那便是:噪声、振动、阀芯径向卡紧等不良现象抑或调压失灵等毛病,令人痛心疾首!

(一)响声与震颤

液压装置中易受响声困扰的部位一般都是泵和阀门。而溢流阀和电磁换向阀等则发挥着主要的决定性作用。形成响声的成因有诸多。而溢流阀的响声则可分为两种:流速声和机械声。流速声源主要来自油液波动、空气脉动及液压冲击等,而机械声则更是因阀的零件碰撞或磨损等因素所致。

(1)噪声根源-压力不均引发祸端

液压先导背后的溢流阀导阀完全是一个极易受到影响的区域,如图3所示。在高压状态下,导阀轴向开口极其微小,仅有0.003-0.006厘米。并且多出来特别小的过流面积和极高的流速(200米/秒),非常易于引发压力分布不平衡问题,因为锥阀径向力失衡而引起震颤的现象顺势出现。此外,锥阀和锥阀座车削时的椭圆形度、导阀口污渍的黏附以及调压弹簧的变形等,也很有可能引起锥阀严重的响声和震颤!就这样,大家都知道导阀是颇有可能成为噪声振源的部位之一了吧?

德艺双馨的弹性元件(弹簧)和动感自如且重量十足的锥阀相互辅助,共同构筑了最佳的振荡条件。而导阀前腔也因其共振特性而对于锥阀振动的加强做出了最大贡献,进而引发整个阀的共振,犹如惊雷般轰然而出的噪声夹杂着震动,令人心悸不已!

(2)空气也是噪声制造的重要因素

由于种种原因,空气或被油液吸收或渗入其中,当油液内部的压力低于大气压时,油液中被溶解的空气将析出形成气泡,低压区的气泡较大,沿着油液流向高压区时,被压缩后体积就会骤然缩小或直接消失,而当在高压区时气泡体积较小,而随着液体流向低压区时,其体积却会骤然变大。在这种极端状态下,气泡体积的突然变化不仅会发出欢快的噪声,还会引发局部液压冲击的震动效应。而先导型溢流阀的导流口和主阀口,液压流量和压力极易产生空气含量,从而为噪声和振动的出现创造了最好条件。
况下,高压大容量的工况会让先导型溢流阀卸荷时发生一系列液压冲击,犹如惊涛骇浪般的巨大冲击波将系统彻底撼动,每一次都带来致命的压力波冲击,即使是微小的压力波,也会随着油液在系统中传播,与机械零件发生共振,引发强烈振动和加强噪声。时而伴随着机械性高频振动声,犹如咆哮的野兽一般,层层逼近,最终爆发出无以复加的威力。但它并不是来自于神秘的诅咒或邪恶的力量,而是因为零件撞击和加工误差等原因引发的机械磨擦声不断重复地敲击着耳膜。这种自激振动声的发生率,与回油管道的配置、流量、压力和油温粘度等诸多因素息息相关,是先导型溢流阀噪声中最为致命的一种表现!抑般的情况,当管道口径很小,油液粘稠度很低,流量很小时,自激振动发生的频率就会变得极其频繁,噪声和振动的威力也会随之水涨船高。

为了消除或减少先导型溢流阀的噪声和振动,常见的方法就是在导阀前腔(也称作共振腔)中加上消振元件。

这些消振元件通常被固定在共振腔中,并且无法自由活动。在消振元件上设置了各种阻尼孔,通过增加阻尼来消除震动。此外,由于共振腔中加入了一些零件,使得共振腔的容积减小,油液在负压下刚度提高,根据刚度大的元件不易发生共振的原理,也可以减少发生共振的可能性。

另一种消振元件就是消振垫,它与共振腔配合运动并自由活动。消振垫的正反面都有节流槽,油液在流动时会产生阻尼效果,从而改变原本的流动状态。由于增加了消振垫,共振腔会增加一个振动元件,扰乱了原有的共振频率。共振腔随之减少了容积,油液在受压时的刚度增加,因此也减少了发生共振的可能性。

在消振螺堵上还设有蓄气小孔和节流边,蓄气小孔中因留有空气,在承受压力时产生阻尼效果,能有效降低噪声和振动。对于溢流阀的使用,我们需要明确一点,压缩空气具有强大的吸振作用,就好像微型吸振器一样。当气体在通过小孔时被压缩时,随之而来的是油液的流动,因为当气体膨胀时,油液又会被压出。这样的附加流动可以改变原有的流动情况,从而达到减小或消除噪声和振动的效果。

然而,若是溢流阀本身的装配或使用不当,也会引起振动和产生噪声。例如三节同心式溢流阀,在三个节之间的配合不当、流量过大或过小、锥阀的磨损不正常等原因都会导致振动和噪声。遇到这种情况,我们必须认真检查和调整,或者更换零件。

除了以上的问题,阀芯径向卡紧问题也需要重视。可能是由于加工精度不够,导致主阀芯径向卡紧,使主阀开启卸压不力或关闭不上压;还可能是由于污染导致径向卡紧。这些问题都需要及时排查和解决。

最后是调压失灵问题。在使用溢流阀时,有时会出现调压失灵现象。这种情况下,我们必须要分清楚先导型溢流阀的两种调压失灵情况:一是调节手轮调节不出压力或压力达不到额定值;二是调节手轮压力不下降,或者升压不断。当出现调压失灵时,必须对阀芯和调节手轮进行检测。无数次的实际操作和实验,我们深切地体悟到了径向卡紧的原因远不止一种。

首先,主阀体的阻尼器(2)可能会堵塞,导致油压无法传递到主阀上腔和导阀前腔,导阀因此失去了对主阀压力的调节作用。由于主阀上腔无油压力且弹簧力小,主阀便变成了一个弹簧力极弱的直动式溢流阀;若此时进油腔的压力很低,主阀便会打开溢流,导致系统无法建立起压力。

此外,压力达不到设定值的原因,可能是调压弹簧的形变或选择失误、调压弹簧的压缩行程不够、阀门内泄漏过大或导阀部分锥阀过度磨损等问题所致。

另一种情况是阻尼器(3)可能会堵塞,导致油压无法传递到锥阀上,使得导阀失去了支撑主阀的压力调节作用。如果小孔的阻尼器被堵塞,锥阀就不会在任何压力下打开溢流,导致阀内无油液流动,主阀上下腔压力始终相等;因为主阀芯上端环形承压面积大于下端环形承压面积,所以主阀一直处于关闭状态,不会发生溢流;换句话说,主阀压力会随着负载增加而上升,当执行机构停止工作时,系统压力就会无限升高。这时候,我们就需要注意了,必须解决以上问题,不断优化调整溢流阀才能保证其正常使用。不仅如此,我们还需要对外控口是否堵住、锥阀的安装是否良好等进行检查。但是,当在装配或使用中发现O形密封圈、组合密封圈损坏或安装螺钉、管接头松动时,会导致非正常外泄漏,这是一种极为危险的情况。

如果锥阀或主阀芯磨损严重,或者密封面接触不良,将会导致内泄漏过大,这甚至会影响到正常的工作。

此外,电磁溢流阀也会出现各种故障,比如先导电磁阀工作失灵、主阀调压失灵以及卸荷时的冲击噪声等等。针对后者,我们可以通过调节加置的缓冲器来减少或消除。如果不带缓冲器,可以在主阀溢流口加一背压阀,将压力一般调至5kgf/cm2左右,即0.5MPa,以保证设备正常工作。让我们共同努力,尽可能地避免溢流阀故障的发生,保障生产和工作的安全。