液压系统回油管路的振动分析

王新海，穆 岩，孟凡明

●（1．海军驻431厂军事代表室，辽宁葫芦岛 125004；2．海军驻沈阳地区舰船配套军事代表室，沈阳 110168）

液压系统回油管路的振动分析

王新海1，穆 岩2，孟凡明1

●（1．海军驻431厂军事代表室，辽宁葫芦岛 125004；2．海军驻沈阳地区舰船配套军事代表室，沈阳 110168）

分析了船舶液压系统回油管路振动的发生原因，对比和分析不同结构系统管路和元件结构对此类振动的影响，分析可知，合理的系统管路布置和阀件的选用、安装可有效降低振动发生的概率。

液压系统；回油管路；压力调节阀；振动；频率

0 引言

在某些船舶液压系统中为了使回油管路保持一定的回油压力，会根据需要在液压系统的回油管路中设置一个压力调节阀。一般来说，此类压力调节阀的调节压力都比较低，而要求通过的流量都较大。这一类的系统管路及压力阀在发生振动时往往表现为低频率、高振幅的剧烈振动。此类振动会对系统元器件和用户的使用寿命造成损害。如果管路是用较长的刚性管路连接，可导致管路固定的马脚脱落，管路接头发生断裂，从而对整个液压系统产生较大的危害。本文主要通过直接的分析手段来验证在此类振动发生的主要影响因素。

1 振动分析

船舶液压系统的回油管路组成并不复杂，但管路走向复杂、通油能力强、管网容积较大，以发生振动的船用液压回油管路系统为例（原理如图1所示），其振动的主要发生在回油管路的压力调节阀附近，表现为频率约为2Hz～5Hz左右的振动，振幅较大，压力调节阀及附近管路产生幅度明显的有节奏抖动。

根据振动发生的机理可以基本确定为压力调节阀的固有频率与液压系统的振荡频率耦合[1]，产生振动。为此需对压力调节阀和系统管路进行具体分析，来确定振动发生的主要因素。

图1 船用液压回油管路系统原理图

2 压力调节阀的计算分析

系统中选用的压力调节阀为直动式结构，由弹性元件与阀芯构成单自由度的弹性-质量系统。

通过理论计算，可得其固有频率为3.2Hz；通过振动台进行扫频测试，其实际固有频率为3.44Hz（图2）。这与系统振动发生时的振动频率较为接近。

图2 压力调节阀弹性-质量系统扫频图

用FLUENT软件对压力调节阀的内流场进行计算机仿真计算后，可知：1）当系统流量突变时，压力调节阀阀口介质处于喷射状，见图 3；2）在压力调节阀阀芯出口处有负压区存在，极限负压值为-0.5MPa，见图4。

图3 压力调节阀流量场仿真

图4 压力调节阀压力场仿真

在一般情况下，液压油中通常溶解有5%左右的空气，局部负压可导致溶解于液压油中空气的析出，从而导致液压系统内产生气穴现象[2]，可使系统或阀件发生振动。

在实船解决过程中，通过更换压力调节阀不同固有频率的弹簧，以期避免振动的措施基本无效；而更换了不同内部结构的压力调节阀后，振动并无明显改善。

3 系统管路的分析

除了上述原因以外，来自系统管路内空气及管路走向的影响并不能完全的排除。为了能较为直观地观察系统振动的情况，按照原理图（见图1）搭建试验系统，来直接分析和对比振动原因。

在压力调节阀前管路分别设置为直管、S形管、h型和倒T型管。按图5所示，在h型和倒T型管的头部设置放气旋钮，以保证能释放管路内的空气。

图5 压力调节阀前管路形状

试验结果表明：用直管和S形管路作为阀前管路时，压力调节阀的工作状态正常，无振动发生；而用h型管和倒T形管路作为阀前管路时，压力调节阀发生振动。通过h型管和倒T形管路顶部的放气旋钮进行放气后，振动明显缓解。

在压力调节阀阀腔顶部设置一放气旋钮后，重复h型管和倒T形管路试验，最终试验情况如下：

1）用h型管试验时，系统管路和压力调节阀发生振动。压力调节阀阀前压力波动频率约为3.02Hz，压力振幅在0.05MPa~0.06MPa之间。通过h型管路顶端放气旋钮排气后，压力调节阀阀前压力波动频率约为6.3Hz，压力振幅在0.02MPa~0.03MPa之间。继续通过压力调节阀上的放气旋钮进行排气后，压力调节阀和系统管路的振动基本消除。

2）用倒T型管试验时，系统管路和压力调节阀同样都发生振动。压力调节阀阀前压力波动频率约为2.8Hz，压力振幅在0.046MPa~0.062MPa之间。通过倒T型管路顶端放气旋钮排气后，压力调节阀阀前压力波动频率约为6.6Hz，压力振幅在0.02MPa~0.03MPa之间。继续通过压力调节阀上的放气旋钮进行排气后，压力调节阀和系统管路的振动基本消除。

4 结论

通过对压力调节阀结构的分析和系统试验结果可知：船舶液压系统中振动发生的很重要原因是系统或液压元器件中混入了空气，管路走向对空气的积聚有重要影响。阀件中存在的一些结构设计上的死角也阻碍了空气的排除，增加了系统发生振动的概率。从防振角度来说，合理的系统管路布置和阀件的选用、安装可有效降低振动发生的概率[3]。比如：平缓安装管路避免管路急弯产生死角；垂直安装阀件；增强管路密封；选用底进侧出阀件或选用二级压力调节结构压力调节阀等。

[1]张利平. 液压气动系统设计手册[M]. 北京: 机械工业出版社, 1997.

[2]朱志坚, 米特哈特, 陈宏伟, 等. 气泡对液压系统的危害及防范措施[M]. 液压与气动, 2002(1): 36-38.

[3]宋俊, 殷庆文, 等. 液压系统优化[M]. 北京:机械工业出版社, 1996.

Analysis of Hydraulic System Pipeline Vibration

WANG Xin-hai1, MU Yan2, MENG Fan-ming1
(1. Naval Representative Office stationed Bohai shipyard, Liaoning Huludao 125004, China; 2. Naval ship-support Representative Office stationed Shenyang, Shenyang 110168, China）

This paper analyzes the reasons for the vibration of ship hydraulic system. By comparing and analyzing the influence of different hydraulic systems and hydraulic components on this kind of vibration, it is found out that the reasonable arrangement of pipeline system, appropriate selection and installation of valves can effectively reduce the probability of vibration.

hydraulic system; pipeline; pressure control valve; vibration; frequency

TH137

A

王新海（1980-），男，工程师。主要从事船舶系统的研究。