基于声振仿真模型的轴向柱塞泵降噪优化设计

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轴向柱塞泵以功重比大、工作压力等级高、变量方式多样等优点,在多方领域都得到了应用。但在整个液压系统中,轴向柱塞泵噪音水平较高,工作时产生的振动和噪声会带来零部件磨损加剧、使用寿命降低、工作环境噪声污染增大等问题。因此,本文开展基于声振仿真模型的轴向柱塞泵降噪优化设计。首先,基于轴向柱塞泵的结构及工作原理对其噪声产生机理进行概述、对其结构噪声激振力进行分析。构建机液一体化联合仿真模型,通过模型得到柱塞腔压力,从而计算求得频域下的激振力并加以分析。其次,构建包含内部组件的轴向柱塞泵装配体模型以进行振动响应求解。为保证模型准确性,进行了零部件模态实验及柱塞泵振动测试。模态实验所得仿真与实验模态频率误差在5%以内,振动测试所得测点3振动速度幅频图虽整体略小于仿真值,但趋势吻合较好。然后,将所求振动速度映射至声学边界元网格上进行辐射噪声求解,并提出泵壳降噪区域识别方法。进行声源定位实验,确定主要噪声源位于泵左侧,与振动、噪声特性分析结果相互论证。根据辐射噪声分析结果选取降噪场点,对轴向柱塞泵进行声学传递向量及模态、板面声学贡献量分析。以场点3处1350Hz下的辐射噪声为降噪目标,板面2的声学贡献量达到46.1%,是对总声压贡献量最大的板面。为以低噪声为目标的轴向柱塞泵泵壳结构优化设计提供理论指导。最后,对轴向柱塞泵的配流盘进行多目标结构优化。以噪声激振源为优化目标,运用遗传算法对配流盘三角阻尼槽的宽度角θ1和深度角θ2进行优化。通过激振力贡献量分析,求得绕Y向力矩在噪声声压级峰值处(1350Hz)对总声压的贡献量最大,由此从两组pareto解集中选取最终优化方案P1、N2。用声振仿真模型进行优化效果验证。结果表明:方案P1优化效果比方案N2好,优化方案P1在场点3下,于1350Hz处的声压级降低了 2.49dB(A),验证了优化方法的有效性。
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