潛艇液壓系統(tǒng)管路振動(dòng)與噪聲分析及控制

李曉晨　吳汪洋　張博

摘 要：管路振動(dòng)以及噪音都是潛艇液壓系統(tǒng)中比較常見的質(zhì)量問題，在優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員要以降低液壓管路噪聲為原則，還要控制液壓系統(tǒng)管理振動(dòng)效果。文章對(duì)潛艇液壓系統(tǒng)管路振動(dòng)與噪音產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，在解決這一問題時(shí)，分別從機(jī)械振動(dòng)以及流體動(dòng)力噪音兩個(gè)方面入手，提出了控制振動(dòng)與噪音的措施，希望對(duì)設(shè)計(jì)人員有所幫助，設(shè)計(jì)出振動(dòng)少、噪音小的潛艇液壓管路系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：潛艇液壓系統(tǒng)；管理振動(dòng)；噪音；控制

潛艇是我國軍事方面重要的武器，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有較強(qiáng)的隱蔽性，隨著軍事行業(yè)的不斷發(fā)展，反潛技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，這對(duì)潛艇設(shè)計(jì)提出了更高的要求，相關(guān)設(shè)計(jì)人員一定要不斷的優(yōu)化液壓系統(tǒng)，降低潛艇液壓系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的振動(dòng)以及噪音，這樣才能增強(qiáng)其隱蔽的功能。潛艇噪音主要來自三個(gè)方面，分別是機(jī)械噪聲、螺旋槳噪聲以及水動(dòng)力噪聲。在減振降噪的過程中，一定要制定出具有針對(duì)性的控制措施，還要保證液壓系統(tǒng)運(yùn)行的平穩(wěn)性，這樣才能提高潛艇管路的設(shè)計(jì)水平。

1 潛艇液壓系統(tǒng)管路噪聲源分析

潛艇液壓系統(tǒng)是由多種部件構(gòu)成，其中管路這一部件最容易出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象，也是產(chǎn)生噪聲的源頭之一。潛艇液壓系統(tǒng)屬于密閉回路，所以，如果系統(tǒng)內(nèi)元件與部件出現(xiàn)較大的振動(dòng)，則會(huì)出現(xiàn)回聲噪音，不同的部件傳遞噪聲的程度不同，而潛艇液壓系統(tǒng)傳動(dòng)裝置構(gòu)造比較復(fù)雜，產(chǎn)生的噪聲頻帶也比較寬，噪聲是系統(tǒng)內(nèi)不同元件共同聲學(xué)作用所產(chǎn)生的。潛艇液壓系統(tǒng)的工作方式以及系統(tǒng)的組成不同，出現(xiàn)噪聲的程度也不同，在對(duì)潛艇液壓系統(tǒng)管路振動(dòng)的原因進(jìn)行分析后，得出以下結(jié)果：

首先，機(jī)械噪聲主要是由系統(tǒng)內(nèi)元件、部件振動(dòng)產(chǎn)生的，在液壓系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)、液壓泵以及液壓馬達(dá)都處于高速回轉(zhuǎn)的狀態(tài)，由于三者轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率不同，所以，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不均衡的問題，會(huì)產(chǎn)生不平衡力，這會(huì)造成轉(zhuǎn)軸出現(xiàn)彎曲振動(dòng)，而且會(huì)產(chǎn)生低頻噪音。聯(lián)軸器是液壓泵與電動(dòng)機(jī)的連接器，如果電動(dòng)機(jī)軸線與液壓泵軸線出現(xiàn)不同心問題，則會(huì)引起振動(dòng)噪音，一般情況下，同軸度越大，則出現(xiàn)的振動(dòng)越強(qiáng)烈，發(fā)出的噪音也越大。機(jī)械設(shè)備與管路的連接位置，也是比較容易出現(xiàn)振動(dòng)的位置，一般設(shè)備的距離越近，振動(dòng)強(qiáng)度越大。其次，管內(nèi)流體也是造成振動(dòng)噪音的主要原因，液壓系統(tǒng)在不同的工況下，工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生一定變化，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行的環(huán)境出現(xiàn)較大變化時(shí)，管路振動(dòng)會(huì)出現(xiàn)流體動(dòng)力噪聲的特點(diǎn)，管路振動(dòng)噪音具有高頻的特點(diǎn)，在解決的過程中，要遵循保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的原則。

2 控制潛艇液壓系統(tǒng)管路振動(dòng)與噪音的措施

管路是潛艇液壓系統(tǒng)的重要組成部分，在對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)與優(yōu)化的過程中，需要針對(duì)管路經(jīng)常出現(xiàn)的振動(dòng)與噪音問題進(jìn)行解決，設(shè)計(jì)人員要分析振動(dòng)出現(xiàn)的原因，還要找出源噪音位置，還利用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)噪音超標(biāo)問題進(jìn)行改善，還要根據(jù)噪音傳播途徑的相關(guān)概念，找出控制潛艇液壓系統(tǒng)管路振動(dòng)與噪音有效措施。

2.1 機(jī)械噪聲的控制

機(jī)械振動(dòng)主要是由電動(dòng)機(jī)、液壓泵以及液壓馬達(dá)等部件引起的振動(dòng)，為了控制機(jī)械振動(dòng)帶來了噪音污染問題，設(shè)計(jì)人員可以首先對(duì)機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)情況進(jìn)行平衡實(shí)驗(yàn)，要減少共振區(qū)，還要控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的大小，在保證機(jī)械設(shè)備功率的前提下，減小其發(fā)生的噪聲。電動(dòng)機(jī)軸承與電動(dòng)機(jī)殼體需要做到相互協(xié)調(diào)與適應(yīng)，電動(dòng)機(jī)的軸承需要具有良好的潤滑性，這可以減少轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦，設(shè)計(jì)人員還可以在電動(dòng)機(jī)與液壓泵中應(yīng)用彈性聯(lián)軸器，這也是一項(xiàng)減振降噪的有效措施。

2.2 流體動(dòng)力噪聲的控制

管路中出現(xiàn)流體動(dòng)力振動(dòng)，也會(huì)引起管路噪聲問題。在管路體系進(jìn)行加工與優(yōu)化時(shí)，需要從閥件以及急轉(zhuǎn)彎兩個(gè)方面入手。閥件是液壓系統(tǒng)中的擾動(dòng)源，閥件具有靜止的特性，其不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，當(dāng)液壓油的流動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)改變后，在液壓油處于空化狀態(tài)時(shí)，會(huì)引起液壓油動(dòng)力噪聲。閥件擾動(dòng)與管路長度以及傳遞的距離有著較大的關(guān)系，設(shè)計(jì)人員在優(yōu)化的過程中，一定要從液壓油的狀態(tài)入手，要避免管路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大的變化，保證液壓油在穩(wěn)定的狀態(tài)下傳輸，這樣才能降擾動(dòng)的強(qiáng)度。另外，閥件如果出現(xiàn)生銹現(xiàn)象，也會(huì)增加管內(nèi)流體的響動(dòng)，在控制流體動(dòng)力噪聲時(shí)，需要從閥件的優(yōu)化角度入手。

潛艇液壓系統(tǒng)中的閥件一般安裝在艇體結(jié)構(gòu)部位，閥件具有傳遞沖擊振動(dòng)能量的特性，所以，會(huì)引起水下噪聲，設(shè)計(jì)人員可以通過安裝彈性的方式減小閥件的沖擊力。要控制噪聲輻射，要優(yōu)化閥門性能，優(yōu)化閥門安裝的位置，下面筆者對(duì)降低閥件振動(dòng)噪音的措施進(jìn)行簡單介紹。

2.2.1 選取適合的沖擊振動(dòng)隔振器

在安裝彈性后，可以對(duì)閥件沖擊力進(jìn)行減弱，根據(jù)彈性阻尼系數(shù)，可以將閥件釋放出的能量進(jìn)行耗散，要避免這一沖擊力傳遞到艇體本身。工作人員可以在閥件與艇體的連接位置安裝隔振器，這一設(shè)備具有減震的效果，而且會(huì)減小閥件液壓的沖擊力。在選擇隔振器時(shí)，需要對(duì)其剛度進(jìn)行測試，要選擇質(zhì)量較優(yōu)的隔振器，否則會(huì)影響其使用壽命，在應(yīng)用的過程中，閥件還會(huì)產(chǎn)生位移，所以，設(shè)計(jì)人員要避免其出現(xiàn)安全問題。隔振器剛度隨位移上升的速率應(yīng)能滿足既避免產(chǎn)生較大的沖擊力響應(yīng)又具有較小的沖擊位移的要求。該類隔振器的選型或研制需要根據(jù)閥件具體的工作特性，通過反復(fù)試驗(yàn)確定。

2.2.2 增大閥件的附加質(zhì)量

彈性安裝可以減小艇體結(jié)構(gòu)對(duì)液壓沖擊力的響應(yīng)，但會(huì)增加閥件自身的沖擊位移。而當(dāng)剛度一定時(shí)，閥件的沖擊位移與閥件自身的質(zhì)量有關(guān)。液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的沖擊激振力來源于管路內(nèi)的液壓油，可視為恒定的。當(dāng)沖擊力一定時(shí)，質(zhì)量較大的物體，對(duì)安裝基座產(chǎn)生的作用力較小。因此，在閥件上附加質(zhì)量塊將有利于減小閥件受沖擊后產(chǎn)生的位移。但受制于潛艇上的安裝空間，質(zhì)量塊的大小應(yīng)綜合考慮，合理選取?？蓪⒁恍┕苈犯郊c閥件組合，裝配為一個(gè)整體構(gòu)件，提高受液壓沖擊作用的物體的總質(zhì)量。同時(shí)附加質(zhì)量可根據(jù)管路的位移補(bǔ)償能力、隔振器的設(shè)計(jì)參數(shù)、總體對(duì)空間和質(zhì)量的限制條件以及噪聲控制指標(biāo)的要求進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并通過試驗(yàn)測試確定最終的取值范圍。

3 結(jié)束語

潛艇液壓系統(tǒng)是潛艇的重要組成部分，該系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中，容易出現(xiàn)振動(dòng)與噪音，為了保證潛艇的隱蔽性，相關(guān)工作人員一定要做好管路的優(yōu)化工作，要降低管路出現(xiàn)故障問題的概率。管路是液壓系統(tǒng)的重要組成部分，設(shè)計(jì)人員需要采取有效的減振降噪措施，對(duì)潛艇液壓系統(tǒng)進(jìn)行完善，這樣才能延長液壓系統(tǒng)部件的使用壽命，才能提高潛艇的性能，增強(qiáng)其功能。在優(yōu)化的過程中，一定要考慮系統(tǒng)的復(fù)雜性，還要引入創(chuàng)新的理念，這樣才能提高設(shè)計(jì)水平。

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