結(jié)構(gòu)強度試驗中的液壓系統(tǒng)振動及其危害

1、結(jié)構(gòu)強度試驗中的液壓系統(tǒng)振動及其危害作者：王學(xué)洪關(guān)鍵詞：液壓 振動 噪聲 結(jié)構(gòu)強度 管路 液壓缸 控制閥 現(xiàn)象分析 采取措施 危害液壓系統(tǒng)振動現(xiàn)象是振動體受到?jīng)_擊力、轉(zhuǎn)動不平衡力、摩擦力、慣性力、彈性力等單一或多個因素的影響或作用下的結(jié)果。液壓系統(tǒng)振動涉及結(jié)構(gòu)性振動、流體性振動和電磁性振動，從振動形式上分為受迫振動和自激振動。自激振動是由液壓系統(tǒng)或裝置內(nèi)部的流量、壓力、質(zhì)量、作用力等參數(shù)相互作用的結(jié)果，它產(chǎn)生于設(shè)備運行過程并隨著設(shè)備運行停止而停止。多個振動元件的、頻率相近或相同的振動現(xiàn)象謂之共振。振動及其引起的噪聲現(xiàn)象在泵站運行時表現(xiàn)最為明顯，相信去過液壓泵站的人印象深刻。本文嘗試以106廠房

2、大型結(jié)構(gòu)件飛機全機疲勞試驗為例，主要從管路方面分析結(jié)構(gòu)件疲勞試驗現(xiàn)場中液壓系統(tǒng)振動的原因及其有關(guān)問題：之一：該試驗系統(tǒng)為國內(nèi)首次采用的整體框架式結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場液壓系統(tǒng)作為其中的一部分、比較全面性的采用了金屬管路。金屬材料為振（聲）源性材料，易產(chǎn)生或放大振動或聲音；之二：金屬管路的連接過程存在大量的焊接、加工、切削、彎曲過程產(chǎn)生的顆粒狀或粉質(zhì)類金屬污染物，以及金屬管生產(chǎn)中未經(jīng)清洗的金屬粉塵，由于未嚴(yán)格清洗和使用過程中受沖擊或振動剝離脫落混入系統(tǒng)。這些材料為磁性材料，而液壓系統(tǒng)中關(guān)鍵性控制閥如電磁閥、伺服閥等含有強性磁塊，對磁性材料具有強烈吸附性，有害吸附會產(chǎn)生堵塞、功能失效等嚴(yán)重?fù)p害閥自身功能，從而

3、為產(chǎn)生振動準(zhǔn)備了技術(shù)條件。之三：金屬管路受工藝限制彎曲或轉(zhuǎn)角一般為近似直角，屬于“急拐彎”，高壓狀態(tài)下易產(chǎn)生激流，引起振動。之四：布局中存在以下容易造成振動的不合理現(xiàn)象：平行管路之間間隙低于10mm，易產(chǎn)生干擾性振動；彎曲半徑R小于油管外徑10倍，并且離接頭距離小于管徑的6倍；垂直布局時上下彎曲。之五：從現(xiàn)場運行情況，回油管路油溫高，回油管路“震顫”較多；系統(tǒng)易“憋壓”；作動筒“卡緊”等現(xiàn)象，初步判斷，回油不暢或管徑不能滿足試驗流量要求，易造成振動或脈動。之六：液控單向閥性能不良或設(shè)計不符合技術(shù)要求，造成低頻或高頻振動；尤其回油不暢時更為嚴(yán)重，管路采用分散串聯(lián)結(jié)構(gòu)，集中同步回油時，副管路壓力過

4、高，部分支管路由于受載較小，支路壓力較低，即支管路壓力小于副管路壓力，不能克服或打開液控單向閥。這個不斷地克服過程也是不斷形成振動的過程。之七：金屬管路為剛性材料，不易消除由于管路布局、元件質(zhì)量、運行換向、設(shè)備故障等原因產(chǎn)生的破壞性壓力降，即不利于破壞性能量釋放。壓力降產(chǎn)生的振動劇烈而危險。之八：管路結(jié)合部位太多，不僅造成到處漏油，而且也是吸入空氣的“缺口”； 空氣進(jìn)入系統(tǒng)是產(chǎn)生振動最常見的原因之一。振動同時又加劇或?qū)е侣┯?。之九：大型結(jié)構(gòu)件試驗是動態(tài)對抗性試驗，存在各種形式的強弱不同的動態(tài)位量變化，金屬管路的硬結(jié)合式固定，不僅容易受到強迫振動，而且使難以消除的自身振動擴大。無論從液壓系統(tǒng)自身

5、技術(shù)要求；還是結(jié)構(gòu)件動態(tài)環(huán)境的試驗要求和管理要求，金屬管路都不是理想的選擇。在結(jié)構(gòu)件強度試驗中，源自液壓系統(tǒng)的爬行、沖擊、氣穴、噪聲、失穩(wěn)、卡阻、炮鳴等負(fù)面現(xiàn)象不僅會產(chǎn)生試驗現(xiàn)場液壓系統(tǒng)振動，而且在很大程度上互為因果。因此消除液壓系統(tǒng)振動的措施也是消除這些現(xiàn)象的主要出發(fā)點。以下對結(jié)構(gòu)件強度試驗液壓系統(tǒng)中的振動源及其原因分析和控制措施進(jìn)行歸納：結(jié)構(gòu)件強度試驗液壓系統(tǒng)振動的分析和控制方法振動源現(xiàn)象分析排除措施泵站1制造質(zhì)量差2電機、聯(lián)軸器、泵安裝不同軸3吸油管密封不嚴(yán)，吸入空氣4軸承磨損，或結(jié)構(gòu)損壞1提高制造精度，購買正規(guī)品牌廠家產(chǎn)品2安裝同軸度技術(shù)要求：剛性連接同軸度0.05mm；撓性連接同軸度

6、0.15mm.。3吸油管密封要好，伸入油面以下60%，勿彎曲。4 泵啟動時，建議空運轉(zhuǎn)約5分鐘。5 部件更換作動筒1制造或裝配質(zhì)量差2安裝時液壓缸、安裝座、加載對象之間同軸性不良3吸入空氣或未排氣1提高制造精度，購買正規(guī)品牌廠家產(chǎn)品2注意同軸性3運行前，注意排氣。控制閥1控制壓力過低2背壓過高3閥芯卡死4錐面密封不嚴(yán)5彈簧太軟或變形，產(chǎn)生震蕩6密封不嚴(yán)，吸入空氣7功能失效，換向不靈或突然8 制造質(zhì)量差9 伺服閥零偏或不受控1清洗閥芯2 消除控制通路堵塞或泄漏3提高制造精度，購買正規(guī)產(chǎn)品4更換彈簧5緊固或更換密封件6擴大共用回油管徑7保證油源清潔8更換或檢修閥液壓油受污染或黏度太大嚴(yán)格執(zhí)行防污染

7、管理和采購制度濾油器堵塞定期更換或檢查蓄能器氮氣量少，未發(fā)揮緩沖減振作用檢查并加充管路1 管路細(xì)、長、彎2 相互距離太近，配合間隙太小3 吸油管與回油管太近4 接頭接口密封不好，空氣進(jìn)入5 固定不牢，未采取減振措施6 回油管路設(shè)計尺寸小，液流不暢7 動態(tài)環(huán)境和高頻振動宜采用軟管油路8配管不當(dāng)，造成流通阻礙性振動按技術(shù)要求糾正其它1運行過程中，同步性或順序性不好，被動受載，造成類似抽真空現(xiàn)象2運動設(shè)備安裝底座底板不牢或強度不夠，或未采取有效緩沖、減振、緊固措施。3 與外界振源太近4 增益未調(diào)好5 支撐系統(tǒng)關(guān)聯(lián)程度高1檢查程序設(shè)計和設(shè)備故障并予以排除。2采取適當(dāng)減振措施3與外界振源隔開，或消除外界

8、振源。4調(diào)節(jié)增益5盡量保持支撐單元的獨立性控制振動最重要的是準(zhǔn)確判斷振源，其次分析原因；最后采取措施。任何縱容結(jié)構(gòu)強度試驗中振動現(xiàn)象的發(fā)生都是絕對不允許的，要樹立振動是可以消除和避免的觀念。從安全認(rèn)識上應(yīng)上升到嚴(yán)重事故的高度，因為其存在的或潛在的危害不可估量?？梢哉f，結(jié)構(gòu)件強度試驗中液壓系統(tǒng)振動及其引起的噪音，是結(jié)構(gòu)強度試驗的“災(zāi)難”：（1）振動及其引起的噪聲超過70分貝為有害源，屬于環(huán)境污染。（2）振動及其引起的噪聲淹沒現(xiàn)場指揮信號和預(yù)警信號，造成工作遲緩或誤操作。（3）振動及其引起的噪聲淹沒試驗件或設(shè)備發(fā)出的危險信號，造成人身、設(shè)備、試驗件事故。（4）振動導(dǎo)致密封件、緊固件、支撐件、連接件

9、、試驗件功能失效或結(jié)構(gòu)損傷。（5）影響液壓元件加工件表面質(zhì)量和結(jié)構(gòu)質(zhì)量，危害設(shè)備工作性能。（6）影響設(shè)備工作效率，設(shè)備為了避免或消除振動降低運行速度，如踏步，遲滯等現(xiàn)象。（7）持續(xù)振動及其引起的噪聲導(dǎo)致現(xiàn)場作業(yè)人員大腦疲勞，加快心臟跳動，引起心情煩躁，精神恍惚，注意力下降，絕望感強烈，危害身心健康。 如有疑問，請?zhí)峤恢粒?010年4月10日描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量（如位移、電壓）在其基準(zhǔn)值上下交替變化的過程。狹義的指機械振動，即力學(xué)系統(tǒng)中的振動。電磁振動習(xí)慣上稱為振蕩。力學(xué)系統(tǒng)能維持振動，必須具有彈性和慣性。由于彈性，系統(tǒng)偏離其平衡位置時，會產(chǎn)生回復(fù)力，促使系統(tǒng)返回原來位置；由于慣性，系統(tǒng)在返回平衡

10、位置的過程中積累了動能，從而使系統(tǒng)越過平衡位置向另一側(cè)運動。正是由于彈性和慣性的相互影響，才造成系統(tǒng)的振動。按系統(tǒng)運動自由度分，有單自由度系統(tǒng)振動（如鐘擺的振動）和多自由度系統(tǒng)振動。有限多自由度系統(tǒng)與離散系統(tǒng)相對應(yīng)，其振動由常微分方程描述；無限多自由度系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)（如桿、梁、板、殼等）相對應(yīng)，其振動由偏微分方程描述。方程中不顯含時間的系統(tǒng)稱自治系統(tǒng)；顯含時間的稱非自治系統(tǒng)。按系統(tǒng)受力情況分，有自由振動、衰減振動和受迫振動。按彈性力和阻尼力性質(zhì)分，有線性振動和非線 性振動。振動又可分為確定性振動和隨機振動，后者無確定性規(guī)律，如車輛行進(jìn)中的顛簸。振動是自然界和工程界常見的現(xiàn)象。振動的消極方面是：影響儀器設(shè)備功能，降低機械設(shè)備的工作精度，加劇構(gòu)件磨損，甚至引起結(jié)構(gòu)疲勞破壞；振動的積極方面是：有許多需利用振