液压传动系统中振动与噪声故障的原因分析及处理办法
【摘 要】 常见液压传动系统如平面磨床和外圆磨床，工作过程中液压泵、液压马达、液压缸及液压阀等常出现振动和噪声，既影响工件的加工质量、降低生产效率又造成机床和刀具磨损及损坏。
【关键词】 液压传动系统 液压泵 液压马达 振动与噪声 故障 原因分析 处理办法
振动和噪声是液压传动系统尤其是磨床中常出现的故障形式，如果不及时找出原因并做出处理，会大大影响加工质量和生产效率。下面就从什么是振动与噪声、振动与噪声产生的原因、如何处理振动与噪声三方面加以分析。
一、什么是振动与噪声
1、振动是弹性体的固有属性。液压冲击、转动时的不平衡力、摩擦阻力及惯性力的变化等都是产生不同振动形式的根源。在液压传动的机床中，往往在产生振动后随之而产生噪声。液压系统中的振动与噪声常出现在液压泵、液压马达、液压缸及各种液压控制阀上，有时也表现在泵、阀及管路的共振上。
2、液压系统中出现振动的形式可分为：强迫振动和自激振动。强迫振动往往是由于液压泵或液压马达、电机与液压泵的联轴节及压力阀所引起。有时是由于系统接近了某一外界振源，使振源通过系统中的某一液压元件的振动波及所造成。自激振动是由液压系统内部的压力、流量、作用力、质量等参数相互作用所产生的。当每振动一周所消耗的能量和供给的能量相等时，液压系统处于连续的等幅振动（类似于谐波振动）之中，液压系统中的伺服阀、滑阀等就会产生自激振动。
3、噪声不仅能使人的大脑疲劳，降低劳动生产率，还可能淹没危险信号和指挥信号，造成工伤事故。而且，噪声还影响液压系统的工作性能，降低液压元件的使用寿命，同时噪声与振动往往是伴随发生的，从而影响工件的加工质量，有时甚至不得不降低切削速度及走刀量，更有甚者，它会使刀具破裂折断，加速机床或部件的磨损和损坏。
二、振动与噪声产生的原因
1、由液压泵与液压马达引起的
1）液压泵与液压马过固有的周期变化，即液压泵与液压马达在一转中各个工作油腔内流量和压力与扭矩的周期变化，特别当液压泵与液压马达的轴向、径向间隙由于磨损增大后，高压腔周期性地向低压腔泄漏，引起油液压力脉动，产生流量不足从而使噪声加剧。
2）泵是依靠一个密封容积的变化而实现吸、压油的。当容积在工作过程中由大至小时，因液体几乎不能压缩，故使液压泵产生极大压力，使其从一切可以泄漏的缝隙里挤压出去，致使泵内某些零件受到高频撞击和附加负载，泵的寿命降低，并产生温度升高等不良后果。当容积由小至大时，此时液体已被挤压出去，而油不能及时补充，导致真空增大，使溶解于油液中的空气析出形成气泡输送至系统，从而引起噪声，这种现象叫“困油”。为了消除“困油”现象，在泵的采取了措施，如设置卸荷槽（孔）等办法，使密封容积由大到小变化时通压油腔，由小到大变化时通进油腔。在设计或维修时，如“困油”现象没得到合理解决，则必然会产生噪声。
3）液压泵和液压马达不工作时因密封不严而进入空气时，致使油液中含有气泡，一旦启动液压泵与液压马达时，在低压区气泡体积增大，流动到高压区后受压缩，体积突然变小或消失，反之，在高压区时气泡体积急速改变产生“爆炸”现象而引起噪声。
2、由于液压控制阀失灵而引引起的
1）溢流阀、电磁换向阀、单向阀等的阀芯系支承在弹簧上，对振动很敏感。例如溢流阀，当工作机构换向时，液压泵仍输出压力油，引起系统压力升高，大量油液从溢流阀排出，返向起步后，系统压力又恢复至原定压力。这种使系统压力升高与降低及恢复原压的过程是在瞬间进行的，溢流阀的调压弹簧在这瞬间被压缩或伸长，若调压弹簧疲劳或端面与轴心线垂直度不好、阀芯上的小孔堵塞、阀芯外圆拉毛或变形等，都会使阀芯在阀体孔内移动不灵活，压力波动大而发出噪声。
2）机械碰撞击引起的
如管理布置不合理，相互撞击；液压和行程终端位置无缓冲装置或缓冲装置失控等产生活塞与端盖间的碰撞声。
3）旋转体的动不平衡引起的
如液压泵与电机联轴器同轴度差等引起动不平衡而产生噪声。
4）外界振动引起的
如机床周围有强振源，对于精度要求高的机床应安装在远离振源的位置，并在机床周围设置防振沟。
三、以M7150A平面磨床为例分析振动与噪声的处理方法
1、案例：M7150A平面磨床采用YBD-100/25型双联叶片泵驱动，工作压力用差动式溢流阀控制，压力为1.3～1.5MPa。试车时往往发出异常噪声，压力波动高达正负0.45 MPa，运转一小时后泵温升高达35度，工作油液表面出现大量气泡，并渐渐变成乳化液，停泵后此现象逐渐消失。
2、案例分析：从故障现象判断，油液变成乳化状是空气进入系统或溢流阀失控引起。而液压系统处于压力工作状态时，空气是不会进入系统的。那么，空气只可能从液压泵进油腔及进油管道口的滤油器进入，因这一区域的压力低于1个大气压。
3、處理方法：1）坚固各结合面及连接管道的螺钉、接头及接口螺母；2）清洗滤油器；3）补足床身油池内油液至油标位置，使滤油器浸没在油液里。
4、结果：空运转半小时，气泡逐渐消失，油液颜色逐渐变清，嘶嘶叫声有所降低，压力波动略有减少，一段时间后振动和噪声逐渐消失。
以上为长期从事磨床设备装调及维修工作积累的心得体会，写出来供同行参考。
【参考资料】
[1] 《液压传动系统的故障与修理》江泽欣 田振华主编，电子工业出版社出版。
作者简介：向清然 高级讲师 研究方向为机械设计及制造。