液压转向泵噪声分析与优化_贾帅帅.pdf

110 建设机械技术与管理 2023.01 检验维修1 引 言随着生活水平的提高，消费者对汽车性能及舒适性提出了更高的要求。转向系统不仅是整车重要的组成部分和安全件，NVH 方面也愈发重要1。转向系统存在不明原因的异响，不仅会影响整车驾乘舒适性，还可能会造成驾乘者的担心，因此，转向系统的 NVH 问题非常重要。本文对某车转系系统异响进行了分析，并通过频谱分析及 LMS Test.lab 声诊断方法对噪声源进行了定位，并提出优化措施，有效地降低了整车噪声。从而为解决转向系统异响问题提供了可借鉴的方法。2 转向泵异响分析2.1 试验及频谱分析首先进行了机动车辆方向盘打到底状态定置工况噪声试验。其中图 1 为方向盘打到底升速工况驾驶员耳旁噪声Overall Level 曲线，图 2 为方向盘打到底升速工况驾驶员耳旁噪声 ColorMap 图，图 3 为稳态工况 2200rpm 驾驶员耳旁噪声 1/3 倍频图。如图 1 图 3 所示，驾驶员耳旁噪声 2100rpm 较大，为 76.08dB（A）。图 2 和 图 3 所 示，判 定 异 常 噪 声 为10 阶次和 20 阶次的旋转噪声；2168rpm 时，异常噪声是以 400Hz 和 800Hz 为中心频率（1/3 倍频程），主要为363Hz 和 725Hz 左右的窄频。通过 LMS Test.lab 声诊断液压转向泵噪声分析与优化Noise Analysis and Optimization of Hydraulic Steering Pump贾帅帅 张长城 付朋 李琦 綦宗岩（潍柴动力股份有限公司，山东 潍坊 261000）摘要：随着生活水平的提高，消费者对汽车性能及舒适性提出了更高的要求。转向系统不仅是整车重要的组成部分和安全件，NVH 方面也愈发重要。本文对转向泵噪声产生机理和特性进行了分析，以某车在中高转速段内噪声大故障为例，提出了解决该故障的诊断思路。通过 NVH 试验及 LMSTest.lab 声诊断方法，确定转向泵噪声为异常噪声主要噪声源，其表现为 10 谐次及其倍频的窄频噪声，转向泵系统中的流体压力波动对系统噪声影响较大。通过改变转向泵排量和流量优化液压系统噪声，试验结果表明，优化后额定工况耳旁噪声降低 6.19dB(A)。不仅降低了噪声值，而且保证了转向操纵性。关键词：Test.lab；转向泵；噪声；NVH中图分类号：TB533+.1 文献标识码：A图 1 升速工况整车定置噪声 OverallLevel 曲线图 2 升速工况整车左侧噪声 ColorMap 图图 3 稳态工况 2200rpm 整车左侧噪声 1/3 倍频图DOI:10.13824/ki.cmtm.2023.01.0242023.01建设机械技术与管理 111检验维修滤波回放分析，主要是由于转向液压泵引起的液压系统的阶次噪声。转向泵速比为1，叶片数为10。发动机转速2168rpm时，转向泵旋转频率 f 为2：f=h*n*i*z/60 （1）式中：f 频率，Hz；h 谐波数；n 发动机转速，rpm；i 转向泵速比；z 转向泵的叶片数。根据转向泵旋转频率计算可知，发动机转速为 2168rpm时，转向泵旋转频率为 361Hz，进一步确定液压泵旋转噪声是异常噪声的主要原因。2.2 优化措施及效果验证2.2.1 优化措施转向用叶片泵噪声主要由困油噪声、脉动噪声、气蚀噪声、碰撞噪声、溢流阀气蚀噪声和旋涡脱离噪声3。脉动噪声由液流的流量或压力随时间发生变化而产生。油压腔容积变化率不均匀导致油量脉动进而导致压力脉动，压力脉动越大，噪声越大。液压系统中为保持系统压力恒定，不断有液体通过溢流阀阀口溢出。油液高速通过小阀口溢流而出时，会产生旋涡脱离声。优化途径两种：一个是降低液压泵排量；另一个降低液压泵流量。2.2.2 降低液压泵排量转向泵排量由 10ml/r 降低到 8.5ml/r，流量为 10L/min 不变，如图所示。图 5 为优化前后怠速工况耳旁噪声 Overall Level 对比曲线，图 6 为优化前后额定工况耳旁噪声 ColorMap 对比图。如图 5、图 6 所示，怠速工况耳旁噪声降低 2dB（A），额定工况耳旁噪声降低 8.3dB（A）。主观感受：更换转向泵后，打死状态，声音明显降低，基本感受不到异响；但是更换泵后，转向非常吃力，基本没有助力作用。降低液压泵排量，对降低噪声效果明显，但也极大削弱了助力作用。图 4 降排量转向泵图 5 优化前后怠速工况耳旁噪声 OverallLevel 对比曲线图 6 优化前后额定工况耳旁噪声 OverallLevel 对比曲线图 7 降流量液压转向泵图 8 优化前后额定工况耳旁噪声 OverallLevel 对比曲线图 9 优化前后升速工况耳旁噪声 Colormap 对比图（下转 115 页）2023.01建设机械技术与管理 115检验维修位置，随着补强板顶部与第一节钻杆顶部下锁片上平面距离增大，三个位置的应力均在减小，以最大应力点 2 的下降幅度最大，当补强板顶部与第一节钻杆顶部下锁片上平面距离达到 1200mm 之后，位置 2 的应力下降幅度开始减弱。5 结 论结论一：第一节钻杆顶部补强板的结构形式、长度和补强板在钻杆上的位置对下锁片与外键尖角位置应力改善效果最明显，对管体和外键焊缝应力改善不明显；结论二：第一节钻杆顶部补强板底部为平行四边形结构较矩形结构，能降低第一节钻杆顶部加压口附近应力；结论三：随着第一节钻杆顶部补强板顶部与第一节钻杆顶部下锁片上平面距离增大，第一节钻杆顶部加压口附近应力呈下降趋势；结论四：当第一节钻杆顶部补强板顶部与第一节钻杆顶部下锁片上平面距离达到 1200mm 之后，下锁片与外键尖角位置的应力下降幅度开始减弱。本文通过对旋挖钻杆第一节钻杆顶部补强板的结构形式、长度和补强板在钻杆上的位置的有限元分析，为旋挖钻杆结构优化提供了理论依据，对提高旋挖钻杆的产品质量具有借鉴意义。按照本文的分析方法和研究成果，我公司进行了 580四节机锁杆产品升级换代，经过市场 30 套样本，不低于2000h 工业性考核，钻杆最外节杆顶部加压口外键焊缝热影响区附近未再出现轴向开裂故障，产品质量达到国内先进水平。参考文献1 陈以田.旋挖钻机钻杆动力学特性及其非线性能量转迁减振研究 D.中国矿业大学,2014.2 JB/T11168-2011.旋挖钻机伸缩式钻杆 S.3 黎中银，焦生杰，吴方晓.旋挖钻机与施工技术 M.人民交通出版社,2010.收稿日期：2022-11-16作者简介：杨涛，学士，工程师，主要从事旋挖钻机工作装置设计及工法研究。（上接 111 页）2.2.3 降低液压泵流量原泵为定流量的叶片泵，新泵为降流量叶片泵，小于1200rpm 时，流量为 7.5L/min；1200 1700rpm 时，流量从 7.5 降到 5.0L/min，排量为 9.6L，最大输出压力为10Mpa。如图8、图9所示，优化后额定工况耳旁噪声降低6.19dB（A），转向异响问题解决。主观感受，更换新泵后，方向盘操纵性良好，发动机中高转速转向泵声音降低较明显。3 总 结本文首先对转向泵噪声产生机理和特性进行了分析，然后以某整车噪声大故障为例，通过 NVH 试验及 LMS Test.lab 声诊断分析手段，确定了转向泵噪声为整车异常噪声主要噪声源，并提出了优化转向泵噪声主要途径：通过降低液压泵排量和降低液压泵流量，降低液压泵噪声。优化后试验结果表明，降低液压泵排量，声音明显降低，基本没有转向助力；降低液压泵流量，噪声降低 6.19dB（A），转向异响问题解决，且操纵性良好，隔热罩辐射噪从而验证了分析方法的正确性及控制方法的有效性。参考文献1 许宽林,邵文彬,朱联邦.某乘用车液压助力转向泵噪音优化 J.2016,37(8):122-124.2 张乾斌,张兵舰,张莉萍.乘用车液压转向系统噪声分析及优化 J.2016,34(6):923-925.3 程飞,邓飞，吴健，等.动力转向液压泵噪声分析研究J.液压与气动，2010,23(5):75-77.4 方宜学,钟秤平,徐高新,等.某车型液压转向泵啸叫优化研究 J.农业装备与车辆工程，2021,59(02):148-151.5 胡鸿飞,张勇.基于 LMS SCADAS 的某纯电动客车噪声源识别 J.中国标准化，2019,(24):188-189.6 王成亮.乘用车液压助力转向泵噪声的测试分析及改善 D.华南理工大学，2015.7 陶维龙,陈乐强,金明，等.液压转向助力系统噪声研究 J.机械工程师,2015,(05):75-77.收稿日期：2022-10-26作者简介：贾帅帅，学士，高级工程师，主要从事非道路用发动机及其附件开发、性能提升研究工作。