ATOS電磁閥無鉸式斜軸泵的振動特性及減振

ATOS電磁閥無鉸式斜軸泵的振動特性及減振
ATOS電磁閥無鉸式斜軸泵具有耐沖擊、工作可靠、壽命長、擺角大、抗污染能力強等優(yōu)點，因而在礦山、工程機械中獲得了廣泛的應(yīng)用。但該種泵在工作中存在明顯的振動現(xiàn)象，且振動隨擺角的增加而加劇。振動破壞了泵的工作性能，降低了可靠性，也成了發(fā)展具有高功率密度的大擺角泵的主要障礙。因此，必須充分認識該種泵振動的特性和產(chǎn)生機理，設(shè)法減振，降低危害。
1振動的形式斜軸泵的缸體和主軸盤間存在轉(zhuǎn)角差。在泵運轉(zhuǎn)過程中，此轉(zhuǎn)角隨主軸盤轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角差的改變而變化4>是某無鉸式斜軸泵轉(zhuǎn)角差的實測變化曲線。測試時，主軸盤的轉(zhuǎn)速是連續(xù)變化的。剛開始運轉(zhuǎn)時，缸體以連桿和柱塞內(nèi)壁間的結(jié)構(gòu)間隙所允許的轉(zhuǎn)角差（以下簡稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角差）緊隨主軸盤運轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角差按（）上部的陰影線邊界脈動變化，轉(zhuǎn)角增加后，轉(zhuǎn)角差也增加，按（）中粗實線表示的形式變化。隨著轉(zhuǎn)速的繼續(xù)增加，轉(zhuǎn)角差變化加劇。當轉(zhuǎn)速增加至《*600i/min時，轉(zhuǎn)角差按照（b）所示的形式變化。缸體時而滯后，時而超前于主軸盤運轉(zhuǎn)，具有明顯的共振特征。轉(zhuǎn)速再升高，轉(zhuǎn)角差又減小，按（）中的粗實線形式變化。轉(zhuǎn)角差的這種變化表明：缸體并不是以固定不變的轉(zhuǎn)速緊隨主軸盤運轉(zhuǎn)，即缸體產(chǎn)生了相對于主軸盤的扭轉(zhuǎn)振動3主軸盤轉(zhuǎn)角差主軸盤轉(zhuǎn)角差*（叫共振a低速轉(zhuǎn)角差及其變化是該無鉸式斜軸泵的扭振平均振幅變化曲線，從圖中可看出，在低速區(qū)的平均振幅較小，隨著轉(zhuǎn)速的增加，扭振經(jīng)歷了一個較寬的共振區(qū)，且值多次增大和減小，其變化無明顯的周期性。振幅的這種變化表明：缸體扭振系統(tǒng)為一多自由度系統(tǒng)，振動的形式為非周期受迫扭轉(zhuǎn)振動3轉(zhuǎn)速由泵的結(jié)構(gòu)和運動分析可知：斜軸泵的缸體是靠連桿和柱塞內(nèi)壁的接觸而撥動的。在每一瞬時，只有一根（或二根）連桿和柱塞內(nèi)壁相接觸而處于工作狀態(tài)。當前一根（或二根）連桿退出工作后，后面的連桿才進入工作，兩者之間有間歇。進入工作的連桿對缸體有沖擊作用，使缸體的轉(zhuǎn)速增加，轉(zhuǎn)角差減小。
在前一根連桿退出工作，后一根連桿尚未進入工作的交替下，缸體的轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)角差又擴大。以后將重復上述過程，使轉(zhuǎn)角差反復增大和減小。從缸體的轉(zhuǎn)速變化曲線上也可看出：在連桿進入和退出工作的交替處，轉(zhuǎn)速有突變。這說明連桿對缸體的驅(qū)動是不均勻的，正是這種不均勻驅(qū)動引發(fā)了缸體相對于主軸盤的扭轉(zhuǎn)振動。
由泵的受力分析可知，在柱塞壓力的作用下，在連桿和柱塞的鉸點處會產(chǎn)生一個沿著連桿軸線的力F.因連桿軸線相對于缸孔軸線有一偏角a該力F又可分解成沿缸孔軸線分力F及沿缸孔分布圓切線方向的分力Ft（見）。Ft通過柱塞作用到缸體上，對缸體的回轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生了一個和缸體旋轉(zhuǎn)方向相反的力矩。
因該力矩是因連桿偏斜而產(chǎn)生，所以稱之為偏斜力矩。
其產(chǎn)生原理如所示。圖中的Y為主軸盤擺角，R為缸孔軸線和缸體軸線間的徑向距離，為缸體和主軸盤的轉(zhuǎn)角差，a為連桿軸線相對于缸孔軸線的偏角，為主軸盤轉(zhuǎn)角，為液體壓力。圖中表示的是缸體滯后時的情況，偏斜力矩的方向和缸體轉(zhuǎn)動方向相反，使轉(zhuǎn)角差有擴大的趨勢。當缸體超前傾斜變?yōu)橄蚝髢AX：侯波男1958年生酬* 1982年1蝣于合肥工業(yè)大學機械系現(xiàn)在淮南工業(yè)學厲斜。偏斜力矩的方向又變得和缸體轉(zhuǎn)動方向相同，同樣使轉(zhuǎn)角差有擴大的趨勢。由于連桿都具有一定的彈性，處于工作狀態(tài)的那根連桿在偏斜力矩的作用下將產(chǎn)生彎曲變形，使得實際轉(zhuǎn)角差大于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角差。當被彎曲的連桿退出工作后，所儲存的彈性能又釋放出來，對缸體施加了一個和旋轉(zhuǎn)方向相同的恢復力矩。
此力矩使缸體獲得了向前的加速運動的加速度，轉(zhuǎn)角差又減小。若柱塞數(shù)為Z，上述過程在缸體轉(zhuǎn)動一周內(nèi)將重復2Z次，使轉(zhuǎn)角反復增大和減小。結(jié)果使轉(zhuǎn)角的變化幅度加大，加強了缸體的扭轉(zhuǎn)振動，即對缸體扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生了激勵作用。
偏斜力矩的產(chǎn)生如所不，單根連桿偏斜力矩的大小為：戶一泵工作壓力，MPa；a―連桿偏角；R―缸體分布圓半角，m；d―柱塞直徑，m.由于連桿偏角《隨主軸盤（或缸體）的擺角增大而增大，致使Mp；也隨擺角增加而增大。所以，擺角越大，Mp對缸體扭振的激勵作用越強，扭振越劇烈。
偏斜力矩的變化周期也和轉(zhuǎn)角差相同，奇數(shù)柱塞時：周期角：9=n/Z由于轉(zhuǎn)角差會使所有的連桿都發(fā)生偏斜，因而作用在缸體上偏斜力矩應(yīng)為處于壓油區(qū)內(nèi)的《根桿所產(chǎn)生的Mp的疊加，即結(jié)果使作用在缸體上的偏斜力矩加大，處于工作狀態(tài)的那根連桿產(chǎn)生了較大的彎曲變形，從而加強了對缸體扭振的激勵作用。由（4）式可知，Mp的變化頻率和主軸盤轉(zhuǎn)速成正比。所以在轉(zhuǎn)速增加過程中，當Mp的變化頻率接近缸體扭振系統(tǒng)的某階固有頻率時，即會激起共振。
Mp的變化雖然具有周期性，但平均振幅的變化并不具有周期性。這說明缸體扭振系統(tǒng)為一非線性系統(tǒng)3（具有非線性阻尼力，如結(jié)構(gòu)阻尼、摩擦阻尼統(tǒng)為一多自由度系統(tǒng)，若按簡化后的力學模型建立振動方程，再行求解振動特性參數(shù)，將顯得十分繁雜又不。但可用該減振器是禾娜性使口缸體之間產(chǎn)生相對運動，從而在兩者的接觸表面間產(chǎn)生了一個始終和缸體振動方向相反的摩擦阻力矩來消耗扭轉(zhuǎn)振動的能量，減小振幅。所產(chǎn)生摩擦力的大小和套筒的質(zhì)量及接觸表面間的摩擦系數(shù)有關(guān)。所產(chǎn)生的摩擦力應(yīng)大于臨界值，才能有效抑制共振套筒內(nèi)部應(yīng)裝有摩擦系數(shù)較大的非金屬材料制成的耐磨襯套，以增大摩擦力，減小對缸體表面的磨損，降低噪聲。
干摩擦阻尼減振器的結(jié)構(gòu)原理圖鄉(xiāng)4是該無鉸式斜軸泵安裝干摩擦阻尼減振器前后的振幅變化曲線對比。從圖中可以看出，當主軸盤的轉(zhuǎn)速n<2000r/min時，減振效果明顯，共振峰值得到了有效的抑制。但在n>2000r/min的高速區(qū)，減振效果較差。這是由于摩擦阻尼減振器對高頻振動的隔振性差所致。所以，對安裝有摩擦阻尼減振器的大擺角斜軸泵，應(yīng)限制其工作轉(zhuǎn)速，以彌補該減振器的不足。
減振前（A）后（B）的振幅變化曲線在進行泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)綜合利用上述各種措施，努力取得好減振效果。
4結(jié)論通過前面的分析研究可得到以下結(jié)論：
無鉸式斜軸泵工作時，其缸體會產(chǎn)生非周期受迫扭轉(zhuǎn)振動。振幅隨主軸盤轉(zhuǎn)速的變化而變化，隨擺角的增加而增加。缸體扭振系統(tǒng)為一多自由度的非線性系統(tǒng)。
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