液压消音器试验台设计及分析方法

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Hydraulic M umer Test Bench Design and Analysis MethodSHAN Changji，XU Nan(Department of Physics，Zhaotong Colege，Zhaotong Yunnan 657000，China)Abstract：According to structure characteristics of hydraulic muffler，the design scheme of test bench for hydraulic muffler atten-uation properties was proposed and the experimental data analysis method was given. It provides reference for relevant experiments。

Keywords：Hydraulic mufler；Test bench；Atenuation；Impedance characteristics随着液压技术的蓬勃发展，高压化成为发展趋势。实际中，由于泵本身结构的原因，如刚性问题、搭配不合理等会产生噪声。因此，如何最大程度衰减流体噪声成为-个研究课题。液压消音器是-种让流体通过液压系统时，使流体噪声衰减的装置。目前对液压消音器的研究，主要体现在两个方面：数学建模 。 和流体解析 ]。数学建模主要从理论上解决液压消音器的结构问题；CFD流体解析主要解决观测液压消音器流场问题。

作者针对液压消音器的结构特点，结合实验室的实际情况，提出液压消音器的实验方案 ，并探讨出实验的分析方法。

1 液压消音器的实验方案迄今为止，针对液压消音器结构性能及其参与系统工作情况的分析，已经做了大量的实验，所用的方法各不相同，但目的都是为了测量噪声的衰减程度并以此来评定消音器的有效性。

为了更好地测量液压系统的动态性能，输入信号的选择非常重要。通过综合分析，选择冲击信号作为输入信号。冲击信号具有相当丰富的频率分量与足够的能量，在实验中，运用频谱分析技术，结果比较理想。

在图1所示的实验系统原理图中，4台蓄能器根据系统的实际压力来调节预充压力值，释放能量，形成瞬时冲击。

当电磁换向阀位于图示位置时，油缸或脉动衰减1- 蓄 能器 2- 单 向 阀 3- 液压 消 音器 4- 电磁 挟 向阀 5- 油缸图 1 实验台设计图器内不通压力油。泵输出的流量供给蓄能器，将液压能量储存起来。溢流阀所调定的压力即为蓄能器调整的最高压力，当方向阀阀芯突然换向右移的时候，油缸立即与压力油接通，蓄能器在瞬间释放大量能量，在液压消音器的联接处形成足够大的冲击压力，这样可以在液压消音器中形成丰富的脉冲，里面包含丰富的频率。

在设计液压实验台时，首先要在理论上准确计算液压消音器的结构，否则将大大影响实验的最终效果。利用压力传感器测得液压消音器入口处的压力信号，通过频谱分析仪将压力和流量变化的波形记录下来。如果液压消音器的容量与管路系统匹配得当，可以达到实验所要求的衰减效果 ，也可以从实验分析中得出液压消音器的容积与泵的输入频率之间的关系。

在具体实验中，对液压系统作如下假设： (1)收稿 日期：2011-12-27作者简介：单长吉 (1979-)，男，硕士研究生，副教授，主要从事大学物理教学与科研工作。E-mail：shanchangji###126.com。

第4期 单长吉 等：液压消音器试验台设计及分析方法 ·115·忽略电磁换向阀开启滞后的影响或者尽量减小电磁换向阀开启滞后的影响； (2)在冲击过程结束后，马上切断泵源与液压消音器的油路，目的是为了能够相对准确测量冲击的瞬时压力与流量。

2 测试及分析方法2.1 阻抗特性的测试用4个蓄能器突然释放压力来冲击活塞，因为蓄能器的预充压力已知，因此可准确测量冲击流量，这为阻抗特性的准确测量提供了保证。利用压力传感器测得系统各测试点在此冲击流量下的压力响应，则可得系统各点的阻抗特性 。 。

由频谱分析的理论，设某-线性系统的输入、输出的自谱和互谱分别为s嬲( )、Jsy( )及 s (03)，则Sxx( ) J R ( r)e-'rd'l- (1)Sw(∞) J R (Jr)e- d (2)S胛( ) J R (r)e-loJdr (3)其中：尺 ( )、 (7)及 R (.r)分别为输入、输出信号的自相关及互相关函数。

理论上评价液压消音器的衰减性能指标是透过损失。实验结果与理论数值相比较的是 p/Q的数值。

因此，实验中需要测出液压消音器人 口压力与流量的比值。由于理论建模的p/Q值是在频域中，就需要把时域中实验结果转变成为频域数值，然后将两者数值进行比较。若取流量输入作为系统的输入信号，设为 (t)，取任意点的压力响应为输出信号，设为y(t)，只要测试过程是相对稳定 的，则 自相关与互相关函数分别定义为X(t)·X(t )及X(t)·Y(tr)的均值，即(r)E[X(t)· (tr)] (4)(f)E[Y(t)·Y(tr)] (5)R (T)E[ (f)·y(t7)] (6)由此可得系统的阻抗特性和相干函数为) Sxx(to) (7)s ( )÷∑s (∞) (11)阻抗特性与相干函数的均值分别为 T-2x (13)对于冲击信号，由于系统受到的激励信号 (t)的不同F丌 分析段所服从的概率分布是基本相同的，则相干分析中各谱估计的统计误差可表达为(Y xr)： (14) L -- L l斗l y l√ ds( (15)I rl√znd只要蓄能器的输入流量所含的频率成分足够丰富，上述测试方法是可行的，能够对阻抗特性进行相对精确的测量。

2.2 压力传递函数的测试以冲击信号作为输入来测试系统的压力传递函数。用泵的输出压力作为系统的输入信号。由于泵的输出流量并非单-频率，而多表现为基波及各次谐波的叠加。在某-固定转速下，这种频率成分是不变的。测得的实验数据不够多，不能说明液压消音器的衰减性能。为了获得较为理想的实验数据，利用扫频技术对系统的压力进行测试，实验中将泵的转速从低速慢慢提高，再慢慢降低不断重复，从而获得较为满意的测试精度。

由于对压力传递函数的实测采用扫频技术 ]，设冲击信号 (t)的第 i个 FFT分析段 自谱为 Js ，(，)，对某-频率 ，随着 i的变化，s腰， (，)的取值分别为 A 或 A ，并记为 s ，i(fo)，与之对应的响应谱、互谱在 的值分别记为：Js ，i(fo)；s ，i(fo)；s ，i(fo)；Js ，i(fo)。设点的平均次数为n ，对特定频率 ，s ，i激励时的平均次数为 n。；以Js ，i激励时平均次数为 n ，n n ，并定义压力传递函数为 ㈩ 丽 为了提高测试的精度，将测试结果在频域做多次 日平均，设第 i次记录的自谱、互谱分别为 ( )、 ～Js (∞)及s (∞)，则各自的平均值为Js ( ) 音 s (∞) (9 设IS"( )÷∑s (∞) (10)(16)(17)(18)(下转第 136页)- & y 鹏 ll %· 136· 机床与液压 第 41卷板的-端先接触砝码 ，这样的结构可以保证在出现这种情况时，通过机械结构的自我调整，使砝码支撑板的另-端也迅速接触砝码，起到支撑砝码的作用，从而保证力基准机工作时砝码不出现偏斜，保证了工作的安全。

3 静重式力基准机独立连续加码过程的力学分析由于采用伺服电机作为驱动元件，保证了整个系统的平稳运行，使电机模型对整个系统的影响基本可以忽略。因此丝杆升降机驱动升降托架带动砝码升降的工作系统的静力学模型的主要决定因素就是支撑砝码的弹簧，从而其静力学模型可以简化为图 6。

TP，TJr w图6 独立连续加码力标准机升降托架支撑砝码加卸的静力学模型图中：Y 为加载砝码时机构升降托架的位移；Y为卸载砝码时机构升降托架的位移 ；P 为加载砝码时吊挂所受到的作用力；P：为卸载砝码时吊挂所受到的作用力；W为砝码在空气中的重力。

当升降托架与砝码接触、砝码与 吊挂接触的条件同时满足时，并设弹簧的刚度为，根据胡克定律有 ：P W- 。 (2)P W- (3)在弹簧刚度 k为定值时，弹簧被压缩后产生的弹性力随着压缩长度的变化呈-次线性函数。在加载砝码时，当砝码与吊挂接触的瞬间，伺服电机驱动升降托架渐渐脱离砝码，即Y 逐渐减小，从式 (2)中推得吊挂上所受到的作用力P，即逐渐增大，直至升降托架完全脱离砝码，这样砝码的重力才完全加载到吊挂上。在卸载砝码时，当砝码与吊挂接触的瞬间，伺服电机驱动驱动升降托架渐渐顶起砝码，即Y 逐渐增大，从式 (3)中推得 吊挂上所受到 的作用力 P即逐渐减小，直至升降托架将砝码完全顶起脱离 吊挂，这时砝码加载吊挂上的重力即为零。因为采用伺服电机控制，能够保证运动过程中匀速的过程，同时又由于弹簧被压缩后产生的弹性力随着压缩长度的变化呈-次线性函数，从式 (2)和式 (3)中也就不难看出吊挂上所受到的砝码重力在加卸砝码的时候也是连续线性变化的。这样就使得砝码加卸过程变得平稳，不会产生剧烈的冲击。

4 总结提出了静重式力基准机 独立连续加码”的全新加码方式 ，并且介绍了实现这种加码方式的机械结构。该加码方式对于进行静重式力基准机的设计与改造有-定的实际意义。