降低子母叶片泵噪声的对策及效果.doc

降低子母叶片泵噪声的对策及效果
刘秀利
(中国有色工程设计研究总院北京恩菲通用设备科技有限公司 北京 1 00083)
苎 睁 分析了叶片泵噪声产生的根源以及影响叶片泵噪声的因的解决措施素，基于理论分析，进而提出了降低叶片泵
。通过实际试验，对影响叶片泵噪声的关键结构要素进行了优化设计
，最终获得了比较
关键词：叶片泵；降低噪声；对策；效果
中图分类号。TⅢ 文献标识码：A 文章编号： (2005}06— 00o4—004
2000年开始，我公司引进生产了子母叶片泵系
列产品，该泵具有压力高(17．5—21 MPa)、流量大
(19～225 L／min)、转速高(1800-2200 r／min)、噪声
低(62～69dB(A))等特点。为了将该系列泵的使用范
围扩展到机床行业等领域，噪声值将成为一个关键
性的指标，为此，我们组织了专门的技术攻关小组，
对该泵噪声产生的根源、降噪的对策以及改进措施
进行了大量的工作，取得了比较满意的效果。
1 叶片泵噪声的来源
1．1 机械噪声
机械噪声主要来源于叶片、定子和转子的振动。
尤其是叶片与定子间的机械撞击声，很容易通过壳
体发射到周围空间，是构成叶片泵噪声的主要成分
。
引起叶片与定子振动撞击的原因主要有：
(1)从吸油区到压油区或者从压油区到吸油区
周期性压力切换时，闭死容积内压力急剧变化引起
的定子、转子径向振动。
(2)由定子曲线特性产生的对叶片的激振和助
振作用。
(3)叶片所受作用力变化时，产生的叶片跳跃
或与定子脱空现象。
1．2 流体噪声
流体噪声主要来源于输出流量的脉动。造成输
出脉动的主要原因是闭死容积在大圆弧区段压力切
换时的瞬时高压回流。这种流体声在低压工作时不
甚显著，而在高压情况下则比较明显。另外流体声也
来源于油泵排油口流道变化引起的流态紊乱
， 但由
于流场空间的限制，这种现象不会扩展，而且这种流
体声的频率较低，也不易通过壳体发射，所以并不是

造成叶片泵噪声的主要原因。

2 影响叶片泵噪声的因素
2．1 定子曲线
在平衡式叶片泵上使用最多的定子曲线是等加
速等减速曲线，它的矢径p、径向速度 、加速度口和
加速度变化率(又称跃动)．，的变化情况示于图1， 由
图可见，在曲线两端与大小圆弧连接处及曲线中部
~=a／2处均有加速度的突变，使这几处的加速度变
化率．，为无穷大，跃动特性非常不好，很容易激起叶
片的径向振动并产生对定子的撞击，因此机械噪声
很大。
图1 等加速等减速定子曲线的特性降低子母叶片泵噪声的对策及效果
刘秀利
(中国有色工程设计研究总院北京恩菲通用设备科技有限公司 北京 1 00083)
苎 睁 分析了叶片泵噪声产生的根源以及影响叶片泵噪声的因的解决措施素，基于理论分析，进而提出了降低叶片泵
。通过实际试验，对影响叶片泵噪声的关键结构要素进行了优化设计
，最终获得了比较
关键词：叶片泵；降低噪声；对策；效果
中图分类号。TⅢ 文献标识码：A 文章编号： (2005}06— 00o4—004
2000年开始，我公司引进生产了子母叶片泵系
列产品，该泵具有压力高(17．5—21 MPa)、流量大
(19～225 L／min)、转速高(1800-2200 r／min)、噪声
低(62～69dB(A))等特点。为了将该系列泵的使用范
围扩展到机床行业等领域，噪声值将成为一个关键
性的指标，为此，我们组织了专门的技术攻关小组，
对该泵噪声产生的根源、降噪的对策以及改进措施
进行了大量的工作，取得了比较满意的效果。
1 叶片泵噪声的来源

1．1 机械噪声
机械噪声主要来源于叶片、定子和转子的振动。
尤其是叶片与定子间的机械撞击声，很容易通过壳
体发射到周围空间，是构成叶片泵噪声的主要成分
。
引起叶片与定子振动撞击的原因主要有：
(1)从吸油区到压油区或者从压油区到吸油区
周期性压力切换时，闭死容积内压力急剧变化引起
的定子、转子径向振动。
(2)由定子曲线特性产生的对叶片的激振和助
振作用。
(3)叶片所受作用力变化时，产生的叶片跳跃
或与定子脱空现象。
1．2 流体噪声
流体噪声主要来源于输出流量的脉动。造成输
出脉动的主要原因是闭死容积在大圆弧区段压力切
换时的瞬时高压回流。这种流体声在低压工作时不
甚显著，而在高压情况下则比较明显。另外流体声也
来源于油泵排油口流道变化引起的流态紊乱
， 但由
于流场空间的限制，这种现象不会扩展，而且这种流
体声的频率较低，也不易通过壳体发射，所以并不是

造成叶片泵噪声的主要原因。
2 影响叶片泵噪声的因素
2．1 定子曲线
在平衡式叶片泵上使用最多的定子曲线是等加
速等减速曲线，它的矢径p、径向速度 、加速度口和
加速度变化率(又称跃动)．，的变化情况示于图1， 由
图可见，在曲线两端与大小圆弧连接处及曲线中部
~=a／2处均有加速度的突变，使这几处的加速度变
化率．，为无穷大，跃动特性非常不好，很容易激起叶
片的径向振动并产生对定子的撞击，因此机械噪声
很大。
图1 等加速等减速定子曲线的特性
2005年11月 刘秀利：降低子母叶片泵噪声的对策及效果 5
2．2 闭死现象
为了保证叶片泵工作时吸、压油腔不发生沟通，
配流盘上的吸油窗口和排油窗口之间的间隙所对应
的圆心角 必须大于或等于相邻两叶片之间的圆
心角 ，见图2所示， 角与卢角的比值称为遮盖
比，故 卢≥1。因此，当相邻两叶片同时处于卢角
范围内时，由两叶片、转子、定子和配流盘围成的容
积abcd(图中阴影部分)与吸、排油窗口均隔离，出
现闭死现象。如果是从吸油区转向压油区，出现闭死
时abcd密闭容积内的油液仍保持与吸油腔压力相
同的低压P ，随着转子向前转动，一旦接通排油窗
口，由于压差悬殊，压油腔的高压油将在瞬间内反冲
入两叶片间的容腔，使该腔压力迅猛升高，出现所谓
的“高压回流”，造成很大的压力冲击。这不仅导致叶
片泵输出流量和输出压力的脉动，更造成了定子环
的径向振动，从而产生噪声。若是从压油区转向吸油
区，出现闭死时abcd密闭容积内的油液处于等同于
压油腔压力P 的高压，一旦接通吸油窗El，闭死容
积内的高压油将在瞬间内向吸油腔喷出，突然泄压，
同样产生振动和噪声。
图2 闭死现象
2．3 配合间隙及内泄漏
叶片泵各滑动副之间的配合间隙，既 保证形
成一定的油膜来防止泄漏，又不能产生零件间形成
干摩擦而研伤表面，所以必须有一个比较恰当的间
隙值。太大的间隙虽然可以减少零件间相互研伤，但
形不成油膜，使高低压腔串通而造成的内泄漏，不仅
降低了油泵的容积效率，而且伴随着油泵的发热、零
件运行失衡等现象，将产生流体泄漏噪声以及零件
运行不稳出现的机械撞击；太小的间隙虽然可以获
得优异的容积效率指标，但零件间形成干摩擦的机
率成倍增长，同时对加工成本也相应提高，研伤后的
零件出现较大的噪声是难免的。
3 解决的措施
3．1 改进定子曲线
该系列子母叶片泵的定子曲线仍采用等加速等
减速曲线，存在着如图1所示的径向加速度的变化
率为无穷大的情况，意味着叶片有很大的跃动力来
撞击定子，但将压油区定子曲线向大圆弧区段延长，
使闭死容积从低压向高压切换时实现预压缩，对减
轻油液的高压回流，降低高压工作时的流体噪声有
较好效果。同时，预压缩对缓和闭死容积内压力的急
剧变化，从而减轻定子和转子的径向振动及由此引
起的机械噪声也有好处；同样，将吸油区定子曲线向
小圆弧区段延伸实现预扩张，以减缓从压油区到吸
油区压力切换时的压力冲击和由此引起的径向振
动。原定子过渡曲线包角为48。，我们将其扩大到
74。，两边13。各为预压缩、预扩张区，通过理论计算
与计算机模拟，结合多次的加工试验，现行定子曲线
比原曲线平均降低噪声值3-5dB(A)。
3．2 修正卸荷槽形状
配流盘窗口』F设V形尖槽，是解决叶片泵闭死
容积最常用的有效办法。但闭死容积的升压、减压过
程与V形尖槽的几何尺寸有关。
当V形尖槽的横截面为等腰三角形时，随着V
形尖槽逐渐进入两叶片间的容腔，按节流作用和油
液可压缩性计算出的闭死容腔压力P的升压过程如
图3所示，其中∈是V形尖槽的槽底倾角；‘P 是V
形尖槽的范围角；‘P是从槽尖算起的转角，见图4。
由升压过程曲线可见，若V形尖槽过浅，升压
过程过慢，转过‘P 角仍未升压到P 值，接通排油窗
口时仍将有一定程度的压力突变；若V形尖槽过
深，升压过程又太快，尚未转到‘P 角即已提前升压
到P 值。理想的情况是连续平稳地升压，当转过‘P
角时正好升压到P 值。
原产品图样在吸、压油窗口都开设有V形尖
p
P2
图3 闭死容积升压过程
6 流体传动与控制 2005年第6期
图4 V形尖槽尺寸参数
槽。压油窗口倾角为8。，吸油窗口倾角为6。，截面形
状为90。V形槽。我们将截面形状改变为等边三角
形(60。)V形槽，通过改变压油窗口倾角(4-8。之
间)，吸油窗口倾角(3-6。之间)，结合定子曲线的改
进，发现压油窗口倾角为6．5。，吸油窗口为5。效果
比较理想，较原产品降低噪声值2-3dB(A)。另外，由
于吸、压油窗口是由铸造直接形成的，相对位置偏差
较大，这样形成对称方向的V形槽所对的包角不
同，也造成一定的压力冲击，为此，我们通过机加工
窗口解决了该问题。
3．3 合理选择各滑动副的间隙值
子母叶片泵各滑动副之间的间隙选择，对油泵
的性能指标、使用寿命以及噪声影响较大。转子与定
子、转子与母叶片的轴向间隙，直接影响着油泵的容
积效率和使用寿命，进而影响整泵的噪声指标。原产
品是基于加工精度较低的情况下设定的公差值，较
一般设计宽松很多，虽然从加工方面可以轻松达到，
但零件互换性差，油泵整机性能相差很大。为此，鉴
于我们目前加工工艺状况，将零件公差普遍提高一
个档次；同时对合格零件进行尺寸分组，按照最佳间
隙值组装，经过几千台次的装试，确定了该系列油泵
经济、可靠的配合间隙范围，使液压泵容积效率由原
来的80-85％提高到86-91％，整体噪声比原产品降
低1-3dB(A)。
3．4 提高零件加工与装配精度
要想获得优良的产品性能指标，仅仅从设计上
满足是不现实的，关键取决于零件加工精度能否满
足设计要求以及零件组装是否合适。我们主要从以
下几点进行控制：
(1)确保转子两端面与内花键的垂直度要求
转子两端面与内花键的垂直度偏差太大，致使
转子外缘与配流盘侧面研伤，造成液压泵早期损坏。
若想减少两者之间的划伤，只有加大配合间隙，楔形
的配合间隙既形不成油膜用于密封，又造成转子
高速运行过程中不稳定，最终结果就是内泄漏增
大，研伤机会多，使用寿命和噪声都受到影响。原
产品要求两者垂直度要求0．05-0．08，我们将其控
制在0．02-0．03，基本E消除了研伤现象，同时才能
保证按照最佳间隙值进行组装。
(2)保证卸荷槽形状规矩并对称
卸荷槽形状不统一，达不到卸荷效果，即实现不
了降噪的目的。采用切削方式逐个进行加工受工件
定位方式、前序加工精度等影响较大，另外由于空间
结构的限制，所使用的刀具及加工部位都可能满足
不了图纸要求。我们采用成型模具一次将八个卸荷
槽冲压成型，尺寸、深浅以及相互间的位置很统一，
可以保证各卸荷槽的尺寸一致性。当然，由于油窗口
铸造成型造成了卸荷槽长度不对称，我们采用后补
机加工对油窗口进行形状修正，确保对称方向的两
条卸荷槽包角相等。
(3)提高定子外圆与壳体件内孔的配合精度
由于定子受叶片周期性的撞击而产生振动，并
通过壳体传播出来，在尽量减小叶片的撞击情况下，
使定子不产生与壳体间的撞击可以有效减轻噪声的
传播，因此提高定子与壳体件内孔的配合精度是可
行的。我们首先控制了定子外圆尺寸和圆度、圆柱度
要求，对壳体件内孔进行尺寸分组，既保证两者能轻
松滑合，又使定子在受到高压作用时产生弹性变形
而紧贴内孔，即高压时定子与壳体成为一体，可以有
效减轻噪声的传播。
(4)保证整泵的组装质量
合格的零件不一定能装出合格的成品。因此装
配过程对产品的最终质量起决定性影响，加强零件
的精整与清洗，可以确保产品不出现早期故障。正确
的装配过程和技巧可以提高一次装配合格率，并可
以保证整泵有一个良好的性能指标。我们从零件选
择上人手，确保进入装配的零件关键项目合格率达
到100％，制定了严格、详细的操作规程，配备了全
程所需的工艺辅具，加强了整机的最终检验。经过几
年的努力，可以保证装配一次合格率达到98％以
上，产品性能指标的噪声值满足设计要求达到
1o0％
4 结论
经过几年的技术攻关与试验，该系列子母叶片
泵在保证各项性能指标的前提下，噪声指标有了明
显的改善，具体效果对比如下：
降低子母叶片泵噪声的对策及效果 7
测定工况：1200 r／min，14 MPa，50 ，N46抗磨液压油。
Countermeasure and Efect for Decreasing Noise from Intra-vane Pumps
U U Xiu—li
Abstract： In this paper， the source of noise from an intra—vane pump and the factor of effect on this
noise are theoretically analyzed．On the basis，the countermeasure how to decrease the noise further raised．
Through actual experiment， the optimization of key structural factor has been designed and finally tangible
result for decreasing noise obtained．
Key words： vane pump decreasing noise counterm easure effect
葱
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