Besprechen Sie, wie Sie das Rauschen des Hydrauliksystems reduzieren können
December 15, 2023
Leiser Systeme vermitteln nicht nur ein höheres Qualitätsgefühl, sondern verbessern auch die Gesundheit, Sicherheit und Produktivität von Maschinenbetreibern.
Originalartikel: Michel Beyer, Chefingenieur, Danfoss Power Solutions
Die National Institutes of Health schätzt, dass 15% der Amerikaner im Alter zwischen 20 und 69 Jahren aufgrund von Lärmbetreuung bei der Arbeit oder während der Freizeitaktivitäten einen Hörverlust (meist dauerhaft) erleiden. Am Arbeitsplatz wird die Kombination aus ruhigen Pumpen, gut gestalteten Vibrations- und Pulsationskontrolle sowie guten, wirtschaftlichen Installationspraktiken dem Produkt einen klaren Vorteil auf dem Markt verschaffen.
Der Schall wird durch Vibrationen gebildet, die hörbare mechanische Druckwellen durch ein Medium (normalerweise Luft oder Wasser) erzeugen. In hydraulischen Systemen kann Rauschen in drei Kategorien unterteilt werden:
Luftlärm von der Luft bis zur Ohren
Flüssigkeitsgeräusch, die durch das Hydrauliksystem vermehrt werden
Strukturrauschen wird erzeugt, wenn eine Komponente des Systems die Vibration durch eine andere Komponente ausbreitet.
Abbildung 1 (unten) fasst die Faktoren zusammen, die die Rauscherzeugung beeinflussen. Leider beziehen sich die Menschen normalerweise nur auf die Eingangsanregung (Kraft) und den Schalldruck oder die Schallkraft. Sie neigen dazu, die physischen Faktoren zu vermeiden, die das Geräusch ausmachen. Manchmal ist ein Teil dominant und andere nicht. Daher müssen all diese Faktoren bei der Gestaltung von niedrigem Rauschen berücksichtigt werden.
Darüber hinaus eignet sich das Verfahren für Luft-, Flüssigkeits- und Strukturrauschen geeignet. Jede Anwendung ist einzigartig, sodass Sie nicht davon ausgehen können, dass das, was in einem System oder einer Baugruppe funktioniert, in einem anderen funktioniert.
Schauen Sie sich die Rauschquelle genau an
Kurz gesagt, Lärm ist ein unerwünschter Klang. Technisch gesehen handelt es sich um ein unerwünschtes Nebenprodukt der Wellenleistung in einer Komponente oder einem System. Wie bereits erwähnt, kann Rauschen auf drei Arten übertragen werden: durch Luft, durch Flüssigkeiten und/oder durch die physikalische Struktur des Systems.
in der Luft
Wir denken normalerweise, dass Lärm nur durch ein in der Luft befindlicher Medium direkt von seiner Quelle zu einem Empfänger - unseren Ohren - über das Reisen geraten ist. Dies ist Lärm in der Luft. Das Geräusch in der Luft muss jedoch aus einer Komponente des Systems oder der Anwendung stammen. Diese Komponente kann sein, aber nicht immer eine Pumpe.
Technisch gesehen ist das gesamte vom Bediener zugehörige Lärm in der Luft. Aus Sicht des Rauschens, der Vibration und der Vibrationsrauheit (NVH) bezieht sich Luftgeräusche auf das Geräusch direkt von der Oberfläche der Schallquelle.
Flüssigkeitsausbreitung
Ob es sich um eine Kolbenpumpe, eine Schaufelpumpe oder eine Getriebepumpe handelt, diese positiven Verschiebungspumpen weisen einen gewissen Grad an Druckpulsation auf (siehe Abbildung 2). Infolgedessen werden ungleichmäßige Durchflusseigenschaften und Druckpulsationen erzeugt und über die Flüssigkeit übertragen. Dies wird als Flüssigkeitsanregung bezeichnet. Die Flüssigkeitsanregung erzeugt eine Schwingung auf der Oberfläche des Schlauchs, die entweder durch die Klammer/Klammer oder aufgrund des Schlauches in direkter Kontakt mit der Struktur unter Druck übertragen werden kann.
Die Druckpulsation der Flüssigkeitsanregung erzeugt wiederum entsprechende Kraftschwankungen. Die Schwingung in Hydraulikschläuchen wird als Druckpulsation oder Flüssigkeitsanregung bezeichnet. Diese können zu Vibrationen führen, die Flüssigkeitsrauschen erzeugen können.
Wenn die Pumpe und der Motor am Isolator montiert sind, kann die entsprechende Hydrauliklinienkonfiguration verwendet werden, um die Vibrationsisolation aufrechtzuerhalten. Die richtige Kombination aus starren Röhrchen und flexiblen Schläuchen kann eine stabilere Konfiguration liefern und Schwingung und Rauschen reduzieren. Die beste Kombination ist ein kurzes starres Rohr mit beiden Enden, die mit einem flexiblen Schlauch verbunden sind.
Die Vibrationsisolierung von Hydrauliklinien und Schläuchen aus der Anwendungsstruktur (dh Rahmen, Klammer oder Panel) bietet eine weitere Möglichkeit, das Geräusch in der Maschinengestaltung zu verringern. Panels und Schilde können häufig als Sprecher wirken und relativ niedrige Schwingungsniveaus in hohe Rauschquellen verstärken.
Hydraulische Schläuche und Rohre können in diesen Komponenten als Emitter von Flüssigkeitschwingungen wirken und strukturelle Komponenten in "Sprecher" verwandeln. Bei der Gestaltung ruhiger hydraulischer Geräte ist es wichtig, die Lage von Schläuchen oder Rohren anzugehen, um den Lärm zu minimieren.
Durch die Einbeziehung eines "hydraulischen Schalldämpfers" (auch als Resonator, Dämpfer oder Suppressor) in das Hydrauliksystem kann auch die Druckpulsation weiter reduziert werden. Diese Komponenten werden für jedes hydraulische System durch ihre Auslegung und Platzierung innerhalb des Systems optimiert.
Der Übertragungsverlust ist ein Maß für die Wirksamkeit eines Resonators/hydraulischen Schalldämpfers oder des Grades, in dem sein Design optimiert ist. Der Einfügungsverlust ist ein Maß für eine verringerte Druckpulsation in einem Hydrauliksystem, das von der optimalen Platzierung des Resonators innerhalb des Hydrauliksystems abhängt. Bei dem Versuch, ein Hydrauliksystem "niedriges Geräuschdesign" zu erreichen, sind sowohl Übertragung als auch Einfügungsverluste wichtige Faktoren. Das optimierte Resonatorsystem kann die Amplitude der Druckpulsationen um bis zu 20 dB oder mehr verringern.
Strukturausbreitung
Strukturrauschen ist das Ergebnis von Vibrationen, die sich nur durch die angelegte Struktur ausbreiten. Die Vibration ist, wie in Abbildung 1 oben gezeigt, eine Kombination der Kraft und der Reaktion der Komponente und der Strahlungseffizienz der Komponente. Diese Strukturen geben dann hörbare Geräusche oder Luftgeräusche ab, was der Betreiber der Hydraulikausrüstung tatsächlich bemerkt.
Strukturrauschen beginnt mit Vibrationen aus einer externen Quelle oder Komponente und wird direkt auf den Motor, die Struktur oder den Rahmen der Anwendung übertragen. Sobald die Schwingung in die Struktur eintritt, verbreitet sie sich mit der Schallgeschwindigkeit der Struktur (höchstwahrscheinlich Stahl) durch die Struktur, die andere Komponenten erregt und sie zu Rauschstrahlern wird, dh Lautsprecher.
Komponenten auf der Maschine, wie Paneele, Schilde, Klammern und Reservoire, können bei Pumpenfrequenzen und Vielfachen der Pumpenfrequenzen sehr effektiv ausstrahlen (siehe Abbildung 3 unten). Dies liegt daran, dass diese Art von Komponenten viele Resonanzfrequenzen aufweisen. Komponenten wie diese werden als hochmodale Dichtekomponenten bezeichnet.
Die Vibrationsregelung kann verwendet werden, um die Vibrationstransfer von Pumpen und Antrieben zu Maschinenstrukturen und -geräten zu minimieren. Dies kann erreicht werden, indem die Pumpe und/oder den Motor mithilfe eines Grundplattens oder eines anderen Grundisolators isoliert werden.
Die große Fläche von dünnem Metall im System kann auch effektiv das Geräusch ausstrahlen. Dieses Geräusch kann durch strategische Einfügen von technischen Versteifungen oder die Dämpfungsbehandlung auf der Metalloberfläche reduziert werden.
Bild
Rauschparameter verstehen
Die Beurteilung von Rauschen kann verwirrend werden, da gleichzeitig mehrere Schwingungswege bestehen können. Man muss den Pegel der Rauschquelle verstehen, um die Systemübertragungswege und die Wirksamkeit jedes Pfades unter allen Betriebsbedingungen ordnungsgemäß zu bewerten.
Lärmquellen sind normalerweise von einem kastenartigen Gehäuse umgeben, um eine physische Barriere zwischen Geräuschquellen zu liefern, die durch Hydraulikstromeinheiten, Ventile, hydraulische Verteiler, Motoren, Hydraulikzylinder, Schläuche/Rohre und zusätzliche Maschinengeräte verursacht werden können. Diese Barrieren sollen den von hydraulischen Geräten im Bediener oder zur Zuschauerposition erzeugten Klang reduzieren.
Akustische Lecks um Dichtungen und dergleichen können auch die Fähigkeit des Gehäuses erheblich beeinflussen, die Schallübertragung zu verringern. Im Allgemeinen ermöglichen 1% der "Löcher" im Gehäuse 50% des darin gemessenen Rauschens. Wenn geschlossen wird, nimmt die Geräuschamplitude im Gehäuse tatsächlich zu, da das Geräusch im Gehäuse eher im Gehäuse als nach außen reflektiert wird.
Die Rauschamplitude innerhalb des Gehäuses hängt vom Abstand von der Hauptquelle des gemessenen Rauschens ab. Wenn eine Rauschquelle in das Gehäuse platziert wird, kann ihre Amplitude das Rauschen im Gehäuse um 5-8 Dezibel (DBA) oder um 78-151% mehr als eine Quelle ohne das Gehäuse erhöhen (siehe Abbildung 4 unten) .
Ein weiterer wichtiger Faktor im Gehäuse ist der Absorptionskoeffizient. Alle Gehäuse haben einen gewissen Grad an interner Absorption, aber zusätzliche absorbierende Materialien zu verringern. Größere Gehäuse haben einen niedrigeren Vergrößerungsfaktor als kleinere Gehäuse. Lücken oder Löcher im Gehäuse verringern die Wirksamkeit der Rauschreduzierung an der Außenseite des Gehäuses. Sogar ein kleines Loch oder eine Lücke im Gehäuse kann seinen schallunterdrückenden Effekt erheblich verringern.
Entwerfen Sie ruhigere Produkte und Systeme
Erfolgreiche Lärmschutzprogramme erfordern die kombinierten Bemühungen von Personen in mehreren Fachgebieten. Eine ruhige Hydraulikpumpe garantiert kein ruhiges System. Die Auswahl einer ruhigen Pumpe sollte nur ein Teil eines facettenreichen Plans sein, der die Talente von Systemdesignern, Herstellern, Installateuren und Wartungstechnikern erfordert. Ein Ausfall in einem dieser Bereiche könnte den gesamten Rauschkontrollplan entgleisen.
Systemdesigner spielen eine Schlüsselrolle bei der erfolgreichen Rauschkontrolle. Sie müssen jede verfügbare Rauschkontrolltechnologie aus Sicht von Effektivität, Kosten und Praktikabilität bewerten. Wenn Sie einen Rauschkontrollplan starten, beginnen Sie am besten an der Quelle: der Pumpe. Natürlich sind Pumpenhersteller für die Bereitstellung von ruhigen Pumpen verantwortlich. Anschließend besteht die häufigste Strategie darin, ein Port -Design zu verwenden, um die Druckpulsation bei der Nenndrehzahl und -druck der Pumpe zu minimieren.
Auf Komponentenebene möchten Designer möglicherweise mit Pumpen mit variabler Geschwindigkeit beginnen. In VSD -Systemen (Variable Drehzahl Drive) variiert die Pumpengeschwindigkeit zu dem Erhalt der Anforderungen an den Arbeitszyklus. Dies verringert das Geräusch, da die Geschwindigkeit verringert wird, wenn das System nicht benötigt wird.
Während ruhigere Einzelkomponenten viel zur Lärmreduzierung beitragen können, können zusätzliche Vorteile erzielt werden, indem das gesamte Systemdesign auf Lärmreduzierungsmöglichkeiten untersucht wird. Die Vibrationsregelung ist so ausgelegt, dass die Schwingung von Pumpen und Motor auf die Maschinenstruktur minimiert wird. Dies kann erreicht werden, indem die Pumpe und/oder den Motor durch ein Grundplatten oder einen anderen Grundisolator isoliert werden.
Systemtests und Bewertung können weitere Einblicke in die Rauschreduzierung liefern. Wenn Sie Komponenten aus Hintergrundgeräuschen in einem ordnungsgemäß gestalteten Testbereich isolieren, können Sie sich auf Geräuschquellen, Übertragungswege und Geräuschreduzierungsmöglichkeiten konzentrieren.
Das Potenzial für eine erfolgreiche Rauschreduzierung wird noch größer, wenn ein Systemansatz zur Beurteilung von Rauschen verwendet wird, anstatt einfach einzelne Komponenten auszuwählen. Ein fundiertes Team, das die einzelnen Komponenten und Rollen im Gesamtsystem versteht, kann dazu beitragen, Geräuschquellen und das Design für niedrige Rauschen zu identifizieren.
Klangqualität des Hydrauliksystems
Hydrauliksysteme sind nicht immer die Quelle von Rauschproblemen, aber sie werden oft beschuldigt. Der Grund hat mehr mit der Qualität des erzeugten Klangs als mit Volumen oder Druck zu tun. Die meisten Leser sind mit dem nervigen hydraulischen Jammern vertraut. Objektiv gemessen, hat dieses Schnurr in der Regel nicht viel akustische Leistung. Sein Ton ist jedoch abstoßend, was den tatsächlichen Klang lauter erscheinen lässt.
Es werden eine Vielzahl von Messmethoden für Schallqualität verwendet. Um das "hydraulische Gebrüll" einer positiven Verschiebungspumpe zu quantifizieren, werden in der Regel Schallqualitätsindikatoren wie Lautstärke und Schall-zu-Noise-Verhältnis verwendet. Um das in der Lenkregeleinheit erzeugte Flussrauschen zu charakterisieren, werden häufig die Schallqualitätsindikatoren wie Lautstärke, Prominenzverhältnisse und Schall -Rausch -Verhältnis verwendet. OEMs sind jedoch nicht darauf beschränkt, die oben aufgeführten Metriken zu verwenden, sondern können eine einzelne, aber unterschiedliche Klangqualitätsmetrik verwenden. Häufiger werden mehrere gewichtete Soundqualitätsindikatoren verwendet, um den für ihre Produkte erforderlichen Klang zu charakterisieren.
Zusätzlich zu der objektiven Frage, wie stark sich das Hydrauliksystem auf das Gesamtschallpegel auswirkt, müssen Maschinenhersteller auch die subjektive Frage beantworten, wie sich die Qualität des angewandten Klangs auf die allgemeine Wahrnehmung seiner Qualität des Kunden auswirkt. Das Motorrumpen ist normalerweise viel lauter als das hydraulische Jammern, aber die Wahrnehmung des Motorgeräusches ist eine Leistung und Intensität.
Da hybride und allelektrische Anwendungen häufiger werden, ändert sich der Rauschquellenbeitrag der "typischen" mobilen Anwendung mit Motor/Auspuff/Lüfter. Die Reduzierung oder Entfernung der Motorgröße reduziert oder beseitigt Rauschquellen, die das Hydrauliksystem -Rauschen mit dem Hydrauliksystem "maskieren". Die Reduzierung oder Beseitigung dieser anderen Amplitudenquellen legt stärker auf die Reduzierung des Rauschens des Hydrauliksystems.
In zukünftigen Anwendungen wird das vom Hydrauliksystem erzeugte Rauschen offensichtlicher sein und in der Anwendung zu einer wichtigeren Rauschquelle werden.
