轴向柱塞泵降噪方法-壳体结构优化

作 者 简 介

浙江大学流体传动与控制国家重点实验室博士生，专业方向为柱塞泵的噪声机理及降噪研究，共发表专业论文4篇(其中1篇SCI，1篇EI).

iHydrostatics先前几期分享了很多通过降低激振源强度以降低轴向柱塞泵噪声的案例，这些方法都有一定的降噪效果。此外，也可以通过优化壳体结构以降低轴向柱塞泵表面的振动强度，从而降低噪声。德国TU9成员的顶尖研究机构RWTH Aachen和KIT，液压泵顶级企业Rexroth、Kawasaki和Eaton都致力于这方面的研究。Rexroth的研究表明，通过优化壳体结构可降低噪声等级2-3 dB(A) [1]。

壳体优化能起到这么好的效果，他们不是一蹴而就的，中间也经过了一个过程。在他们最初的优化结构中，只在满排量下降低噪声1 dB(A)左右，而在零排量下，噪声反而升高 [1]。虽然在满排量下的噪声很重要，但是在很多应用场合下，零排量的工况很常见。因此，初始的优化结构没有达到他们的要求。

因此，他们认为必须建立一个在设计阶段就能够预测轴向柱塞泵振动噪声特性的模型。借助于有限元和边界元方法，可建立从激振源到振动和噪声的轴向柱塞泵声振模型(如图3)。从而以噪声级或者声功率为目标函数对壳体结构进行优化，达到预期的降噪效果。

当建立了轴向柱塞泵的声振模型之后，就可以通过增加加强筋(如图4所示)等方法来减小轴向柱塞泵的振动和噪声[2]。这主要是减小壳体表面对激振源的响应，如图5所示[2]。因为，响应减小，所以壳体表面的振动强度减小，如图6所示[2]。

Eaton公司创新中心的研究人员采用类似的方法，通过HyperMmesh对航空泵进行有限元建模(如图7所示)[3]，并开展静力学分析和结构响应分析，确定正确的边界条件，在此基础上，对壳体进行了优化，并对比了各种加强筋对噪声级的影响，如图8所示[4]。

参考文献

[1] Thomas Kunze, Stephan Berneke. Noise reduction at hydrostatic pumps by structure optimization and acoustic simulation. In: 5th international fluid power conference, Aachen, Germany, March 20-22, 2006. p. 275-288.

[2] Andre Palmen. Noise reduction of an axial piston pump by means of structural modification. Oil and Pneumatic, 2005. p.1-12.

[3] Ahmad Sereshteh. Eaton’s aerospace group improves efficiency and accuracy in analyzing hydraulic systems with HyperWorks. Altair Engineering, Inc. www.altairhyperworks.com.

[4] Dave Malaney, Hongbin Wang, Mike Beyer. Experimental and numerical study on vibro-acoustic performance of axial piston pump. In: SAE 2005 noise and vibration conference and exhibition, Traverse City, Michigan, May 16-19, 2005. p.1-8.