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ATOS電磁閥無(wú)鉸式斜軸泵的振動(dòng)特性及減振
ATOS電磁閥無(wú)鉸式斜軸泵具有耐沖擊、工作可靠、壽命長(zhǎng)、擺角大、抗污染能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而在礦山、工程機(jī)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(dòng)現(xiàn)象，且振動(dòng)隨擺角的增加而加劇。振動(dòng)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(rèn)識(shí)該種泵振動(dòng)的特性和產(chǎn)生機(jī)理，設(shè)法減振，降低危害。
1振動(dòng)的形式斜軸泵的缸體和主軸盤(pán)間存在轉(zhuǎn)角差。在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，此轉(zhuǎn)角隨主軸盤(pán)轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)角差的改變而變化4>是某無(wú)鉸式斜軸泵轉(zhuǎn)角差的實(shí)測(cè)變化曲線。測(cè)試時(shí)，主軸盤(pán)的轉(zhuǎn)速是連續(xù)變化的。剛開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角差）緊隨主軸盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角差按（）上部的陰影線邊界脈動(dòng)變化，轉(zhuǎn)角增加后，轉(zhuǎn)角差也增加，按（）中粗實(shí)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(dāng)轉(zhuǎn)速增加至《*600i/min時(shí)，轉(zhuǎn)角差按照（b）所示的形式變化。缸體時(shí)而滯后，時(shí)而超前于主軸盤(pán)運(yùn)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(shí)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(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)，即缸體產(chǎn)生了相對(duì)于主軸盤(pán)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)3主軸盤(pán)轉(zhuǎn)角差主軸盤(pán)轉(zhuǎn)角差*（叫共振a低速轉(zhuǎn)角差及其變化是該無(wú)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(gè)較寬的共振區(qū)，且值多次增大和減小，其變化無(wú)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(dòng)的形式為非周期受迫扭轉(zhuǎn)振動(dòng)3轉(zhuǎn)速由泵的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)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(dòng)的。在每一瞬時(shí)，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(dāng)前一根（或二根）連桿退出工作后，后面的連桿才進(jìn)入工作，兩者之間有間歇。進(jìn)入工作的連桿對(duì)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(jìn)入工作的交替下，缸體的轉(zhuǎn)速降低，轉(zhuǎn)角差又?jǐn)U大。以后將重復(fù)上述過(guò)程，使轉(zhuǎn)角差反復(fù)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(jìn)入和退出工作的交替處，轉(zhuǎn)速有突變。這說(shuō)明連桿對(duì)缸體的驅(qū)動(dòng)是不均勻的，正是這種不均勻驅(qū)動(dòng)引發(fā)了缸體相對(duì)于主軸盤(pán)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。
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(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)沿著連桿軸線的力F.因連桿軸線相對(duì)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(jiàn)）。Ft通過(guò)柱塞作用到缸體上，對(duì)缸體的回轉(zhuǎn)軸線產(chǎn)生了一個(gè)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(pán)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(pán)的轉(zhuǎn)角差，a為連桿軸線相對(duì)于缸孔軸線的偏角，為主軸盤(pán)轉(zhuǎn)角，為液體壓力。圖中表示的是缸體滯后時(shí)的情況，偏斜力矩的方向和缸體轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，使轉(zhuǎn)角差有擴(kuò)大的趨勢(shì)。當(dāng)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(xué)機(jī)械系現(xiàn)在淮南工業(yè)學(xué)厲斜。偏斜力矩的方向又變得和缸體轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，同樣使轉(zhuǎn)角差有擴(kuò)大的趨勢(shì)。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(shí)際轉(zhuǎn)角差大于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角差。當(dāng)被彎曲的連桿退出工作后，所儲(chǔ)存的彈性能又釋放出來(lái)，對(duì)缸體施加了一個(gè)和旋轉(zhuǎn)方向相同的恢復(fù)力矩。
此力矩使缸體獲得了向前的加速運(yùn)動(dòng)的加速度，轉(zhuǎn)角差又減小。若柱塞數(shù)為Z，上述過(guò)程在缸體轉(zhuǎn)動(dòng)一周內(nèi)將重復(fù)2Z次，使轉(zhuǎn)角反復(fù)增大和減小。結(jié)果使轉(zhuǎn)角的變化幅度加大，加強(qiáng)了缸體的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，即對(duì)缸體扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生了激勵(lì)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(pán)（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(duì)缸體扭振的激勵(lì)作用越強(qiáng)，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(shí)：周期角：9=n/Z由于轉(zhuǎn)角差會(huì)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(qiáng)了對(duì)缸體扭振的激勵(lì)作用。由（4）式可知，Mp的變化頻率和主軸盤(pán)轉(zhuǎn)速成正比。所以在轉(zhuǎn)速增加過(guò)程中，當(dāng)Mp的變化頻率接近缸體扭振系統(tǒng)的某階固有頻率時(shí)，即會(huì)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(shuō)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(jiǎn)化后的力學(xué)模型建立振動(dòng)方程，再行求解振動(dòng)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(duì)運(yùn)動(dòng)，從而在兩者的接觸表面間產(chǎn)生了一個(gè)始終和缸體振動(dòng)方向相反的摩擦阻力矩來(lái)消耗扭轉(zhuǎn)振動(dòng)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(duì)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(wú)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(duì)比。從圖中可以看出，當(dāng)主軸盤(pán)的轉(zhuǎn)速n<2000r/min時(shí)，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(duì)高頻振動(dòng)的隔振性差所致。所以，對(duì)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(bǔ)該減振器的不足。
減振前（A）后（B）的振幅變化曲線在進(jìn)行泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(guò)前面的分析研究可得到以下結(jié)論：
無(wú)鉸式斜軸泵工作時(shí)，其缸體會(huì)產(chǎn)生非周期受迫扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。振幅隨主軸盤(pán)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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