先导式溢流阀噪声控制技术研究

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(1. 海军驻北京地区舰船设备军事代表室， 北京 100176； 2. 北京市液压技术研究所， 北京 100176)

引言

随着现代机械装备的发展，环境机械噪声越来越受到关注。溢流阀作为一般液压系统必备的液压元件，其噪声水平对整个液压装置起着重要作用。

溢流阀噪声源一般为主阀阀口的节流气穴噪声、回油流道的涡流噪声及阀调定压力的压力脉动引起的振动噪声的传递。为了抑制先导式溢流阀的噪声，需要对溢流阀的先导阀和主阀结构进行技术研究，最大限度降低溢流阀的噪声水平。

1 常规先导式溢流阀结构及噪声分析

常规先导式溢流阀内部结构一般如图1所示。

图1 常规先导式溢流阀内部结构图

溢流阀由先导阀与主阀两部分组成，先导阀控制主阀以适合较大流量的使用需要。由于常规溢流阀主阀阀口液流直接流到回油流道中，出流阻力很小，出流压力很低，阀口容易发生气蚀问题，造成很大的气穴噪声。同时阀口出流液流会在回油流道内产生涡流，造成很大的涡流气穴噪声。

从综合性能考虑常规溢流阀先导阀锥阀一般采取40°锥角结构，由于锥阀前腔容积大、锥阀角度大，这种结构的溢流阀一般压力稳定性稍差，压力脉动大。为了提高溢流阀压力稳定性、减小气穴噪声，研究人员设计了两种结构溢流阀进行了噪声控制研究。

2 先导阀为球阀式溢流阀结构及噪声分析

图2所示溢流阀先导阀阀芯采用了球阀结构、阀座采用了锥面结构，阀口出流收缩系数和扩散系数都比较小，有利于降低阀的气穴噪声。由于先导阀阀芯采用了球阀结构，导阀前腔容积很小，同时阀座采用了30°锥角内锥结构，可以有效地提高阀的压力稳定性。

溢流阀主阀口出流部位采用了类似二次节流的方式， 主阀阀口的出流液流经阀芯与阀套形成的弓形窗口时根据阀口开度动态加载，以此提高阀口出流压力，使出流压力高于油液汽化压力，以达到减小气穴发生的目的。同时主阀阀套阀口部位锥角由70°减小为60°，有利于提高阀的压力稳定性，减小压力脉动。

图2 先导阀为球阀式溢流阀

3 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀结构及噪声分析

图3所示溢流阀先导阀采用了锥阀结构，锥阀锥角为25°，同时导阀控制边直径进一步减小，前腔容积也相应减小，这样可以有效提高阀的压力稳定性。溢流阀主阀采用了组合式回油出流的方式，主阀口出流部位也采用了类似二次节流的方式，主阀阀口的出流液流经阀芯与阀套形成的弓形窗口时根据阀口开度动态加载，以此提高阀口出流压力，使出流压力高于油液汽化压力，以达到降低气穴噪声的目的。由于主阀回油采用了组合式回油流道方式，当出流液流到达阀的主回油流道时液流流动速度已很小，不易形成涡流，因而有最大限度地减小了涡流气蚀噪声。同时主阀阀芯阀口部位锥角减小为40°，这样有利于提高阀的压力稳定性，减小压力脉动。

图3 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀

4 溢流阀的噪声对比试验验证

4.1 测试手段的建设

为了保证试验验证的真实性及准确性，研究人员建造了如图4所示的简易元件噪声测试室。根据试验大纲的要求设计了如图5所示的试验装置。测试仪器采用噪声频谱分析仪，被试元件采用支架固定，距离地面0.5 m，测试仪器传感器距被试元件距离1 m。验证方式为对比试验。

图4 简易元件噪声测试室

图5 试验装置

4.2 试验验证

(1) 常规溢流阀噪声测试见表1。

表1 常规溢流阀噪声测试数据

在压力为10 MPa、流量为100 L/min工况下常规溢流阀压力脉动幅值为0.72 MPa。

(2) 先导阀压力调节元件为球阀式溢流阀噪声测试见表2。

图6 常规溢流阀流量-噪声曲线图(压力为10 MPa)

图7 常规溢流阀压力-噪声曲线图(流量为100 L·min-1)

压力/MPa 噪声/dB(A)流量/L·min-1789104066．165．868．166．5506866．866．867．26069．468．868．268．2706968．470．269．48072．872．870．369．49072．874．275．573．810073．376．477．579．5

图8 先导阀为球阀式溢流阀流量-噪声曲线图(压力为10 MPa)

图9 先导阀为球阀式溢流阀压力-噪声曲线图(流量为100 L·min-1)

在压力为10 MPa、流量为100 L/min工况下NO.1新型溢流阀压力脉动幅值为0.64 MPa。

图10 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀流量-噪声曲线图(压力为10 MPa)

(3) 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀噪声测试见表3。

表3 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀噪声测试数据

图11 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀压力-噪声曲线图(流量为100 L·min-1)

在压力为10 MPa、流量为100 L/min工况下NO.2新型溢流阀压力脉动幅值为0.42 MPa。

4.3 验证结论

在工作压力为10 MPa，工作流量为100 L/min工况下，常规溢流阀噪声值为81.2 dB(A), 先导阀为球阀式溢流阀噪声值为79.5 dB(A)， 主阀阀套回油通道为组合式溢流阀噪声值为68.8 dB(A)。改进结构的溢流阀噪声水平有明显下降。

在工作压力为10 MPa，工作流量为100 L/min工况下，常规溢流阀压力脉动值为0.72 MPa，先导阀为球阀式溢流阀压力脉动值为0.64 MPa，主阀阀套回油通道为组合式溢流阀压力脉动值为0.42 MPa。

5 结论

(1) 通过溢流阀噪声源分析，对溢流阀进行两种形式的结构改进，并设计了试验装置完成了性能试验和噪声对比试验。

(2) 通过对比试验验证了改进方案的可行性，溢流阀的空气噪声水平和压力脉动值与常规产品相比有了大幅度减小，达到了预期研究目的。

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