液压共振问题

2.12.6 液压共振问题

共振是指一物理系统在必须特定频率下，相比其他频率以更大的振幅做振动的情形；这些特定频率称之为共振频率。它是液压系统所受激励的频率与该系统的某阶固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。共振时，激励输入机械系统的能量最大，系统出现明显的振型称为位移共振。此外还有在不同频率下发生的速度共振和加速度共振。

前面我们已经述及液压控制元件基本是质量-弹簧系统，其有阻尼固有频率ω0（1.2-45）与阻尼比ζ（1.2-46）是：

式中 m2 — 质量

K — 动态液压弹簧刚度（包括油液弹性模量）

C — 系统阻尼系数

因此产生共振时，与共振有关的因素就只有 m2 质量、K 动态液压弹簧刚度与C系统阻尼系数。我们对于共振的办法只有二类：一是调节上述参数的值，二是由于这些值往往很难在现场改变时就只有避免它，或者称为错开共振区。

液压共振问题有二种情况：一是发生在元件中，经常遇到的是溢流阀引起的系统压力激烈振荡或者高频啸叫；另外是系统产生强烈的共振，可能发生在压力机的巨大机身本身，从而引发整个厂房的地震感，或者是管路的不停振荡并有时发出令人不安的低频振动声。

液压共振的根本原因在于系统存在足够的能量提供产生共振的能源，或者存在一种激发源；二是共振系统本身的固有频率与引发源的频率共生。一旦发生，作为产品可以寻找产生共振原因改进设计、加工工艺等；作为项目在现场采取的办法就是改变振动系统本身的质量例如管路中加多夹紧块、变化系统刚度例如改变管道的外形、加大系统阻尼例如改变内部的阻尼或外在的阻尼例如弹性垫等等不一。还有一种是改变激发源，例如在某种转速下产生共振，是否采用工作点改变到另一个转速情况下。

比较常见的溢流阀压力激振与啸叫的解决措施如下：

从设计上：溢流阀的先导阀阀口是产生的主要区域，因此对于阀芯质量-弹簧系统进行固有频率计算，尽量提高固有频率；也可以进行仿真，对于各种工况进行虚拟试验；

从加工工艺上：溢流阀阀芯与阀口的不同心是产生溢流阀调节是压力振动的一个激发源，这种不同心程度会改变阀的共振区，恒立公司曾在这方面作过试验并解决了这一问题；

从质量m上改变：改变阀芯的质量，采用更换阀芯的方法，由于质量改变不可能很大，只有在某种情况下有效；

从弹簧刚度上：采用更换弹簧，或者在弹簧后面加垫圈改变弹簧共振发生区；

加阻尼办法：在阀芯的尾部加一个阻尼小油缸，改变溢流阀阀芯运动阻尼，过去力士乐溢流阀曾经采用过这种结构。