船舶操舵液压系统噪声分析与控制

摘 要：船舶操舵液压系统噪声不仅影响船舶的隐蔽性，而且会对管路和设备造成破坏，降低船舶操舵液压系统噪声是船舶设计的一项重要内容。本文在对产生船舶操舵液压系统噪声根本原因进行深入研究后，提出了船舶操舵液压系统噪声降低甚至消除的科学方法和有效措施，为以后设计、安装、使用船舶操舵液压系统打下坚实基础。

关键词：液压;舵机;噪声;振动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.04.014

1 操舵液压系统噪声分析

船舶操舵液压系统根据采用的主控液压元件是方向控制阀或变量泵分为阀控舵或泵控舵，本文研究的是阀控舵，主要由柱塞泵、蓄能器、溢流阀、方向控制阀和液压缸等元件组成，采用开式循环，定量液压泵间歇工作，由蓄能器供油。

船舶操舵液压系统噪声主要有机械噪声、负载噪声、流体噪声以及由于系统表面振动而引起的空气噪声，其中以流体噪声表现最为强烈。

1.1 机械噪声

液压机械由于零部件的制造误差或装配不当会导致零件的相互碰撞，引起振动和噪声。例如，作为高频宽带噪声的代表机械噪音，主要产生自阀门类配件的机械碰撞和阀芯内的相互冲击;柱塞泵作高速旋转运动，如果回转件运动不平衡、轴承精度差、传动轴安装误差大、联轴节偏斜等，也会产生振动和噪声，这类噪声主要由基频和高频谐波组成[1]。

1.2 负载噪声

船舶操舵液压系统工作时，液压油推动舵机液缸活塞做功，液压油本身受到压缩。活塞换向时，高压腔变成低压腔，其压力势能在瞬间释放，会对管路产生冲击和噪声[2]。负载噪声主要由低阻尼引起的，可通过在液压缸两腔之间设置旁路泄漏通道或加装机械式动压反馈装置，来控制负载冲击和噪声。

1.3 流体噪声

流体噪声主要由液压冲击噪声、空穴噪声和脉动噪声等组成，产生液压冲击噪声产生的根本原因是阀门配件的开启或关闭，而液压冲击噪声也是流体噪声中振幅最为剧烈的。在船舶操舵液压系统中，控制液压缸的方向控制阀是动作十分频繁的元件，无论是转舵还是调整舵角，方向控制阀必须快速改变开口大小，变换通流方向，从而产生液压冲击。方向控制阀门的开关是造成操舵液压噪声的主要原因，阀门关闭速度的快慢影响着液压噪声的大小，阀门越快关闭，产生的噪音越大，所以想要降低阀门冲击产生的噪声，就要尽量放慢阀门关闭的速度。

2 降低操舵液压系统噪声的方法

产生操舵液压系统噪声的原因有很多，但主要都跟液压机械振动的性质、频率，还有系统内管道空间的设计、连接等因素有关。对于成熟的操舵液压系统来说，降低系统噪声是非常艰难的，想要有效的控制噪声，就要从系统设计、机械配件的选择和安装上入手，从根源上减少操舵液压系统的噪声。

2.1 抓好系统顶层设计

（1）选用低噪声液压机械。操舵液压系统噪声中产生噪音振幅最剧烈，频率最高的就是液压机械，所以想要降低操舵液压系统噪声就要使用低噪声的液压机械。首先，在选用柱塞泵和阀门配件等液压机械时，需要能够符合降低噪声的工作要求的同时，注意液压机械与整个系统是否相适应，避免发生共振现象;其次，在电机和柱塞泵轴心的连接处采用弹性的联轴器，尽可能的避免他们之间产生振动和噪声;最后，对阀门的开关过程进行进一步优化，在合理范围内对控制阀门开关的方向进行设计，延缓阀门关闭的速度，降低机械噪声。

（2）优化管道空间布置。通过对操舵液压系统进行三维设计、模拟及预测，对系统中管道空间的位置重新排列组合。首先，在管道长短的选择上，避免管道固有的振动频率与系统的压力脉动频率相一致，防止产生共振，增加噪音。在管道布置中减少折弯，如果必需采用弯管，那么它的曲率半径要在管道直径的5倍以上，这样才能避免管道内产生的乱流引发的噪声。其次，要将管道布置在能支撑坚固牢靠的基座上，在管道、阀件、船体结构三者的连接处使用弹性的支撑配件，在与液压机械联接处使用软管，减少振动的传递，抑制噪音的产生;最后，在管道设计中，与液压油箱要保持足够的安全空间，设置放气装置，将排回油箱中的气体进行分离，避免空穴现象的发生。

（3）采用减振降噪措施。将操舵液压系统中每个零部件实际产生噪音的频率、振幅进行分类，根据不同的噪音大小采用不同的减振降噪的措施。首先，在操舵液压机械（泵） 的机座加装橡皮垫、弹簧或隔振装置，使之与底板隔离，减少振动传递。其次，在方向控制阀下游（舵机液缸附近）加装软管，方向控制阀上游加装消声器，利用软管和消声器吸收压力势能，减缓压力脉动，消除噪聲。最后，在液压缸的进出口加装动压反馈装置提高系统阻尼，降低系统的超调量，从而降低系统噪声。

2.2 严格操舵液压系统安装

在操舵液压系统中严格按照设计要求进行液压机械和管道安装。首先，要调整电机和泵的机座的连接水平，使用具有防松功能的紧固螺丝;其次，将管道中所有与阀件相接的地方，做到相同尺寸及大小，减少液体的流动阻力。

2.3 合理使用和维护

严格按照规定要求对操舵液压系统进行使用及日常维护。首先，要注意方向控制阀门的操作方法，尽量降低阀门关闭的速度，延长关闭时间，从而减少操舵液压系统的噪声;其次，定期进行液压机械及管道的检查和维护，电机与机座的固定螺丝有没有松动、隔振装置是否仍然起作用、吸油管的连接接头有没有掉落、滤油器的出口有没有被堵住等。

3 结束语

液压机械的使用及安装质量、系统内各个部件的耦合情况，从前期系统的设计、安装到后期的使用和维护都与船舶操舵液压系统噪声的产生有着千丝万缕的联系。如果想要从源头降低操舵液压系统噪声，就必须从开始的设计阶段就避免噪声，使用符合要求的低噪声液压机械，对管道空间位置布局进行重组，严格按技术要求施工、操作和维护，这样才是降低操舵液压系统噪声科学合理的办法。

参考文献：

[1]陈显扬，严学书.液压系统噪声与控制的探讨[J].渝州大学学报，

1993（03）：74-80.

[2]顾邦中.船舶操舵系统液压冲击问题的分析[J].中国修船，2005

（01）：26-28.

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