유압 시스템의 노이즈를 줄이는 방법에 대해 논의하십시오
December 15, 2023
조용한 시스템은 더 높은 품질 감각을 제공 할뿐만 아니라 기계 운영자의 건강, 안전성 및 생산성을 향상시킵니다.
오리지널 기사 : Michel Beyer, Danfoss Power Solutions의 최고 엔지니어
국립 보건원 (National Institutes of Health)은 20 세에서 69 세 사이의 미국인의 15%가 직장에서 소음에 노출 된 결과 또는 여가 활동 중에 청력 손실 (대부분 영구)을 겪고 있다고 추정합니다. 직장에서 조용한 펌프, 잘 설계된 진동 및 맥동 제어 및 우수하고 경제적 인 설치 관행의 조합은 제품에 시장에서 분명한 이점을 제공 할 것입니다.
소리는 중간 (보통 공기 또는 물)을 통해 가청 기계적 압력파를 만드는 진동으로 형성됩니다. 유압 시스템에서 노이즈는 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다.
공기에서 귀에까지 공기 중 소음
유압 시스템을 통해 전파 된 유체 노이즈
시스템의 한 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 진동을 전파 할 때 구조 노이즈가 생성됩니다.
그림 1 (아래)은 노이즈 생성에 영향을 미치는 요소를 요약합니다. 불행히도, 사람들은 일반적으로 입력 여기 (힘)와 음압 또는 음력만을 나타냅니다. 그들은 소음을 구성하는 물리적 요인을 피하는 경향이 있습니다. 때로는 한 부분이 지배적이고 다른 부분은 그렇지 않습니다. 따라서 저음을 위해 설계 할 때 이러한 모든 요소를 고려해야합니다.
또한, 공정은 각각 에어-매개, 유체-매개 및 구조 매개 노이즈에 적합합니다. 모든 응용 프로그램은 고유하므로 한 시스템이나 어셈블리에서 작동하는 것이 다른 시스템에서 작동한다고 가정 할 수는 없습니다.
소음의 원천을 자세히 살펴보십시오
요컨대, 소음은 원치 않는 사운드입니다. 기술적으로, 그것은 구성 요소 또는 시스템에서 원치 않는 파동의 부산물입니다. 앞에서 언급했듯이, 노이즈는 공기, 유체를 통해 및/또는 시스템의 물리적 구조를 통해 세 가지 방식으로 전송 될 수 있습니다.
공기 중
우리는 일반적으로 소음이 공기 중 매체를 통해서만, 소스에서 수신기 (귀)로 직접 이동하는 것으로 생각합니다. 이것은 공중 소음입니다. 그러나 공중 노이즈는 시스템이나 응용 프로그램의 일부 구성 요소에서 나와야합니다. 이 구성 요소는 펌프 일 수 있지만 항상 그런 것은 아닙니다.
기술적으로, 운영자가 들리는 모든 소음은 공중 노이즈입니다. 노이즈, 진동 및 진동 거칠기 (NVH) 엔지니어의 관점에서, 공기 노이즈는 음원 표면에서 직접 노이즈를 나타냅니다.
유체 전파
피스톤 펌프, 베인 펌프 또는 기어 펌프이든, 이러한 양의 변위 펌프에는 어느 정도의 압력 맥동이 있습니다 (그림 2 참조). 결과적으로, 고르지 않은 유동 특성 및 압력 맥동이 유체를 통해 생성되고 전달됩니다. 이것을 유체 여기라고합니다. 유체 여기는 호스 표면에 진동을 생성하여 클램프/브래킷을 통해 또는 호스가 압력 하에서 구조와 직접 접촉하기 때문에 인접한 구조로 전달 될 수 있습니다.
유체 여기의 압력 맥동은 차례로 상응하는 힘 변동을 생성합니다. 유압 호스의 진동을 압력 맥동 또는 유체 여기라고합니다. 이로 인해 진동이 발생하여 유체 노이즈가 발생할 수 있습니다.
펌프와 모터가 차단기에 장착되면 적절한 유압 라인 구성을 사용하여 진동 분리를 유지할 수 있습니다. 강성 튜브와 유연한 호스의 올바른 조합은보다 안정적인 구성을 제공하고 진동 및 소음을 줄일 수 있습니다. 가장 좋은 조합은 양쪽 끝이 유연한 호스에 연결된 짧은 강성 튜브입니다.
응용 프로그램 구조 (IE 프레임, 브래킷 또는 패널)의 유압 라인과 호스의 진동 분리는 기계 설계의 노이즈를 줄이는 또 다른 기회를 제공합니다. 패널과 방패는 종종 스피커 역할을 할 수 있으며 비교적 낮은 진동 레벨을 높은 노이즈 소스로 증폭시킬 수 있습니다.
유압 호스와 파이프는 이러한 구성 요소에서 유체 진동의 이미지 역할을하여 구조적 구성 요소를 "스피커"로 전환 할 수 있습니다. 조용한 유압 장비를 설계 할 때는 소음을 최소화하기 위해 호스 또는 파이프의 위치를 해결하는 것이 중요합니다.
"유압 머플러"(공진기, 감쇠기 또는 억제제라고도 함)를 유압 시스템에 통합함으로써 압력 맥동도 추가로 감소 될 수 있습니다. 이러한 구성 요소는 시스템 내에서 설계 및 배치를 통해 각 유압 시스템에 대해 최적화됩니다.
전송 손실은 공진기/유압 머플러의 효과 또는 설계가 최적화 된 정도의 효과를 측정 한 것입니다. 삽입 손실은 유압 시스템에서 감소 된 압력 맥동의 척도이며, 이는 유압 시스템 내에서 공진기의 최적 배치에 따라 다릅니다. "저음 설계"유압 시스템을 달성하려고 할 때 전송 및 삽입 손실이 모두 중요한 요소입니다. 최적화 된 공진기 시스템은 압력 맥동 진폭을 최대 20dB 이상 줄일 수 있습니다.
구조 전파
구조적 노이즈는 적용된 구조를 통해서만 전파되는 진동의 결과입니다. 위에서 그림 1에 표시된 바와 같이 진동은 성분의 힘과 반응의 조합 및 성분의 방사 효율입니다. 이러한 구조는 가청 소리 나 공기 노이즈를 방출하는데, 이는 유압 장비 운영자가 실제로 알아 차리는 것입니다.
구조 노이즈는 외부 소스 또는 구성 요소의 진동으로 시작되며 응용 프로그램의 모터, 구조 또는 프레임으로 직접 전송됩니다. 진동이 구조로 들어가면 구조의 음속 (스틸)의 음속에서 구조를 통해 전파되어 다른 구성 요소를 흥분시키고 노이즈 라디에이터, 즉 라우드 스피커가됩니다.
패널, 방패, 브래킷 및 저수지와 같은 기계의 구성 요소는 펌프 주파수 및 펌프 주파수의 배수에서 노이즈를 방사하는 데 매우 효과적 일 수 있습니다 (아래 그림 3 참조). 이러한 유형의 구성 요소에는 많은 공진 주파수가 있기 때문입니다. 이와 같은 구성 요소를 고식 밀도 구성 요소라고합니다.
진동 제어를 사용하여 펌프와 드라이브에서 기계 구조 및 장비로 진동 전달을 최소화 할 수 있습니다. 이것은베이스 플레이트 또는 기타베이스 절연기를 사용하여 강성 기초에서 펌프 및/또는 모터를 분리하여 달성 할 수 있습니다.
시스템의 얇은 금속의 넓은 영역은 또한 노이즈를 효과적으로 방출 할 수 있습니다. 이 노이즈는 전략적으로 엔지니어링 강화제 또는 금속 표면에 댐핑 처리를하면 감소 할 수 있습니다.
그림
노이즈 매개 변수를 이해합니다
다중 진동 경로가 동시에 존재할 수 있기 때문에 소음을 평가하는 것은 혼란스러워 질 수 있습니다. 시스템 전송 경로를 올바르게 평가하고 모든 작동 조건 하에서 각 경로의 효과를 올바르게 평가하려면 노이즈 소스의 수준을 이해해야합니다.
노이즈 소스는 일반적으로 박스와 같은 하우징으로 둘러싸여 노이즈 소스 사이의 물리적 장벽을 제공하며, 이는 유압 전력 장치, 밸브, 유압 매니 폴드, 모터, 유압 실린더, 호스/파이프 및 추가 기계 장비로 인해 발생할 수 있습니다. 이 장벽은 작업자 또는 방관자 위치에서 유압 장비로 생성 된 사운드를 줄이기 위해 설계되었습니다.
씰 등의 음향 누출은 또한 사운드의 전송을 줄이는 주택의 능력에 큰 영향을 줄 수 있습니다. 일반적으로 인클로저의 "구멍"의 1%가 측정 된 노이즈의 50%가 누출을 허용합니다. 닫으면 외부가 아닌 외곽 내부에 노이즈가 반사되기 때문에 인클로저 내부의 노이즈 진폭이 실제로 증가합니다.
인클로저 내의 노이즈 진폭은 측정 된 노이즈의 주요 소스로부터의 거리에 따라 다릅니다. 일반적으로 노이즈 소스가 인클로저 내부에 배치되면 진폭은 인클로저 내의 노이즈를 5-8 데시벨 (DBA) 또는 인클로저가없는 소스보다 78-151% 더 증가시킬 수 있습니다 (아래 그림 4 참조). .
하우징의 또 다른 중요한 요소는 흡수 계수입니다. 모든 인클로저는 어느 정도의 내부 흡수가 있지만, 추가 흡수 재료를 추가하면 소음을 줄이는 데 도움이됩니다. 더 큰 인클로저는 더 작은 인클로저보다 배율이 낮습니다. 주택의 갭이나 구멍은 주택 외부에서 소음 감소의 효과를 줄입니다. 하우징의 작은 구멍이나 간격조차도 사운드 억제 효과를 크게 줄일 수 있습니다.
더 조용한 제품 및 시스템을 설계하십시오
성공적인 소음 제어 프로그램은 여러 전문 분야에서 개인의 결합 된 노력이 필요합니다. 조용한 유압 펌프는 조용한 시스템을 보장하지 않습니다. 조용한 펌프를 선택하는 것은 시스템 설계자, 제조업체, 설치자 및 유지 보수 기술자의 재능이 필요한다면 계획의 한 부분 일뿐입니다. 이 영역 중 하나에서 실패하면 전체 소음 제어 계획이 탈선 될 수 있습니다.
시스템 설계자는 성공적인 소음 제어를 달성하는 데 중요한 역할을합니다. 효과, 비용 및 실용성의 관점에서 사용 가능한 모든 소음 제어 기술을 평가해야합니다. 노이즈 제어 계획을 시작할 때 소스 : 펌프에서 시작하는 것이 가장 좋습니다. 물론 펌프 제조업체는 조용한 펌프를 제공 할 책임이 있습니다. 그 후, 가장 일반적인 전략은 포트 설계를 사용하여 펌프의 정격 속도와 압력에서 압력 맥동을 최소화하는 것입니다.
구성 요소 수준에서 설계자는 가변 속도 펌프로 시작하기를 원할 수 있습니다. 가변 속도 드라이브 (VSD) 시스템에서 펌프 속도는 듀티 사이클 요구 사항을 충족하기 위해 다양합니다. 시스템이 필요하지 않을 때 속도가 줄어들 기 때문에 노이즈가 줄어 듭니다.
조용한 개별 구성 요소는 소음 감소에 많은 기여를 할 수 있지만 소음 감소 기회를 위해 전체 시스템 설계를 검사함으로써 추가 이점을 얻을 수 있습니다. 진동 제어는 펌프와 모터에서 기계 구조로 진동의 전달을 최소화하도록 설계되었습니다. 이는베이스 플레이트 또는 기타베이스 절연기에 의해 강성 지지대로부터 펌프 및/또는 모터를 분리함으로써 달성 될 수있다.
시스템 테스트 및 평가는 소음 감소에 대한 추가 통찰력을 제공 할 수 있습니다. 적절하게 설계된 테스트 영역에서 배경 노이즈에서 구성 요소를 분리하면 노이즈 소스, 전송 경로 및 노이즈 감소 기회에 집중할 수 있습니다.
시스템 접근 방식이 단순히 개별 구성 요소를 선택하는 대신 노이즈를 평가하는 데 사용될 때 성공적인 노이즈 감소 가능성이 훨씬 커집니다. 전체 시스템의 개별 구성 요소와 역할을 이해하는 정보 팀은 소음 소스와 저소음을위한 설계를 식별하는 데 도움이 될 수 있습니다.
유압 시스템의 음질
유압 시스템은 항상 노이즈 문제의 원인은 아니지만 종종 비난을받습니다. 그 이유는 볼륨이나 압력보다 생성 된 사운드의 품질과 더 관련이 있습니다. 대부분의 독자들은 성가신 유압 Whine에 익숙합니다. 객관적으로 측정 된이 Purr에는 일반적으로 음향 전력이 많지 않습니다. 그러나 그 톤이 튀어 나와 실제 사운드가 더 크게 보입니다.
다양한 음질 측정 방법이 사용됩니다. 양의 변위 펌프의 "유압 포효"를 정량화하기 위해 음량 및 사운드 대 잡음비와 같은 음질 지표가 일반적으로 사용됩니다. 스티어링 제어 장치 및 밸브 내에서 생성 된 흐름 노이즈를 특성화하기 위해 음량, 눈에 띄는 비율 및 사운드 대 노이즈 비율과 같은 음질 지표가 일반적으로 사용됩니다. 그러나 OEM은 위에 나열된 메트릭을 사용하는 데 국한되지 않지만 단일이지만 다른 음질 메트릭을 사용할 수 있습니다. 보다 일반적으로, 몇 가지 가중 음질 지표는 제품에 필요한 사운드를 특성화하는 데 사용됩니다.
따라서 유압 시스템이 전체 사운드 레벨에 얼마나 영향을 미치는지에 대한 객관적인 질문 외에도 기계 제조업체는 적용된 사운드의 품질이 고객의 품질에 대한 전반적인 인식에 어떤 영향을 미치는지에 대한 주관적인 질문을 해결해야합니다. 엔진의 럼블은 일반적으로 유압 윙윙 거리는 것보다 훨씬 큽니다. 그러나 엔진 노이즈에 대한 인식은 전력과 강도 중 하나입니다.
하이브리드 및 모든 전기 응용 프로그램이 더 풍부 해짐에 따라 엔진/배기/팬이있는 "일반적인"모바일 애플리케이션의 노이즈 소스 기여가 변경되고 있습니다. 엔진 크기의 감소 또는 제거는 유압 시스템 노이즈를 "마스크"하는 데 사용되는 노이즈 소스를 줄이거 나 제거합니다. 이러한 다른 진폭 소스를 줄이거 나 제거하면 유압 시스템 노이즈 감소에 더 중점을 둘 것입니다.
향후 애플리케이션에서 유압 시스템에 의해 생성 된 노이즈가 더 명확하고 응용 프로그램에서 더 중요한 노이즈 소스가 될 것입니다.
