油圧システムのノイズを減らす方法について話し合います
December 15, 2023
静かなシステムは、より高い品質の感覚を提供するだけでなく、機械演算子の健康、安全、生産性を向上させます。
オリジナル記事：ミシェル・ベイヤー、チーフエンジニア、ダンフォスパワーソリューション
国立衛生研究所は、20歳から69歳までのアメリカ人の15％が、職場での騒音や余暇活動中に騒音にさらされた結果、難聴（ほとんどが永続的）に苦しむと推定しています。職場では、静かなポンプ、適切に設計された振動と脈動制御、および良好な経済的な設置慣行の組み合わせにより、製品は市場で明確な利点をもたらします。
音は、培地（通常は空気または水）を通る可聴機械的圧力を生成する振動によって形成されます。油圧システムでは、ノイズを3つのカテゴリに分けることができます。
空気から耳までの空中騒音
油圧システムを介して伝播される流体ノイズ
構造ノイズは、システムの1つのコンポーネントが別のコンポーネントを介して振動を伝播すると生成されます。
図1（下）は、ノイズ生成に影響を与える要因をまとめたものです。残念ながら、人々は通常、入力励起（力）と音の圧力または音の力のみを指します。彼らは、騒音を構成する物理的要因を避ける傾向があります。時には、1つが支配的であり、他の部分が支配的ではありません。したがって、低ノイズを設計するときは、これらすべての要因を考慮する必要があります。
さらに、このプロセスは、それぞれ空気媒介、流体媒介、構造媒介ノイズに適しています。すべてのアプリケーションは一意であるため、あるシステムまたはアセンブリで機能するものが別のシステムで機能することを想定することはできません。
ノイズの原因をよく見てください
要するに、ノイズは不要な音です。技術的には、コンポーネントまたはシステムにおける波の力の不要な副産物です。前述のように、ノイズは、空気を通して、流体を介して、および/またはシステムの物理的構造を介して3つの方法で送信できます。
空中
私たちは通常、騒音を、そのソースからレシーバー、つまり耳まで直接、空中媒体を通過するだけであると考えています。これは空中騒音です。ただし、空中ノイズは、システムまたはアプリケーションのコンポーネントから発生する必要があります。このコンポーネントは、常にではありませんが、常にではありません。
技術的には、オペレーターが聞いたすべての騒音は空中騒音です。ノイズ、振動、振動粗さ（NVH）エンジニアの観点から、エアノイズは音源の表面から直接ノイズを指します。
流体伝播
ピストンポンプ、ベーンポンプ、またはギアポンプであろうと、これらの正の変位ポンプには、ある程度の圧力脈があります（図2を参照）。その結果、不均一な流れの特性と圧力脈動が生成され、流体を介して伝達されます。これは液体励起と呼ばれます。流体の励起は、クランプ/ブラケットを介して隣接する構造に送信できるホースの表面に振動を作成します。
流体励起の圧力脈動は、それに対応する力の変動を生成します。油圧ホースの振動は、圧力脈動または流体励起と呼ばれます。これらは振動を引き起こす可能性があり、流体ノイズを生成する可能性があります。
ポンプとモーターがアイソレータに取り付けられている場合、適切な油圧ライン構成を使用して振動分離を維持できます。剛性チューブと柔軟なホースの適切な組み合わせは、より安定した構成を提供し、振動とノイズを減らすことができます。最良の組み合わせは、柔軟なホースに接続された両端を備えた短い剛性チューブです。
アプリケーション構造（IEフレーム、ブラケット、またはパネル）からの油圧ラインとホースの振動分離は、機械の設計の騒音を減らす別の機会を提供します。パネルとシールドは、多くの場合、スピーカーとして機能し、比較的低い振動レベルを高いノイズ源に増幅することができます。
油圧ホースとパイプは、これらのコンポーネントの流体振動のエミッターとして機能し、構造成分を「スピーカー」に変えることができます。静かな油圧機器を設計するときは、ノイズを最小限に抑えるために、ホースやパイプの位置に対処することが重要です。
「油圧マフラー」（共振器、減衰器、またはサプレッサーとも呼ばれる）を油圧システムに組み込むことにより、圧力脈動もさらに低下させることができます。これらのコンポーネントは、システム内での設計と配置を通じて、各油圧システムに最適化されています。
伝送損失は、共振器/油圧マフラーの有効性の尺度、またはその設計が最適化されている程度の尺度です。挿入損失は、油圧システムにおける減圧脈動の尺度であり、油圧システム内の共振器の最適な配置に依存します。 「低ノイズ設計」油圧システムを達成しようとするとき、伝送と挿入損失の両方が重要な要因です。最適化された共振器システムは、圧力脈動の振幅を最大20dB以上減らすことができます。
構造伝播
構造ノイズは、印加された構造を通してのみ伝播する振動の結果です。上記の図1に示すように、振動は、成分の力と応答、および成分の放射効率の組み合わせです。これらの構造は、可聴音またはエアノイズを放出します。これは、油圧機器オペレーターが実際に気付くものです。
構造ノイズは、外部ソースまたはコンポーネントからの振動から始まり、アプリケーションのモーター、構造、またはフレームに直接送信されます。振動が構造に入ると、構造の音速（おそらく鋼鉄の音速）で構造を伝播し、他のコンポーネントを興奮させ、ノイズラジエーター、すなわちスピーカーになります。
パネル、シールド、ブラケット、貯水池などのマシンのコンポーネントは、ポンプの周波数と多数のポンプ周波数でノイズを放射するのに非常に効果的です（下の図3を参照）。これは、これらのタイプのコンポーネントが多くの共鳴周波数を持っているためです。これらのようなコンポーネントは、高モーダル密度成分と呼ばれます。
振動制御を使用して、ポンプからの振動移動を最小限に抑え、機械構造や機器への駆動を駆動できます。これは、ベースプレートまたは他のベースアイソレーターを使用して、剛性基礎からポンプおよび/またはモーターを分離することで実現できます。
システム内の薄い金属の広い領域は、ノイズを効果的に放射することもできます。このノイズは、エンジニアリング補強材を戦略的に配置したり、金属表面に減衰処理を配置することで減らすことができます。
写真
ノイズパラメーターを理解します
複数の振動パスが同時に存在する可能性があるため、ノイズの評価が混乱する可能性があります。システムの送信パスを適切に評価するために、ノイズ源のレベルと、すべての動作条件下で各パスの有効性を適切に評価する必要があります。
騒音源は通常、箱のようなハウジングに囲まれており、ノイズ源の間に物理的な障壁を提供します。これは、油圧パワーユニット、バルブ、油圧マニホールド、モーター、油圧シリンダー、ホース/パイプ、および追加の機械機器によって引き起こされる可能性があります。これらの障壁は、オペレーターまたはバイスタンダーの位置の油圧装置によって生成される音を減らすように設計されています。
シールなどの周りの音響漏れは、音の送信を減らす住宅の能力にも大きな影響を与える可能性があります。一般に、エンクロージャー内の「穴」の1％により、その中で測定されたノイズの50％が漏れて漏れます。閉じた場合、エンクロージャー内のノイズ振幅は、エンクロージャーの内側で外側に投影されるのではなく、エンクロージャー内に反射されるため、実際に増加します。
エンクロージャー内のノイズ振幅は、測定されたノイズの主なソースからの距離に依存します。一般に、ノイズ源がエンクロージャー内に配置されると、その振幅は、エンクロージャー内のノイズが5-8デシベル（DBA）、またはエンクロージャーなしのソースよりも78-151％増加する可能性があります（以下の図4を参照） 。
ハウジングのもう1つの重要な要素は、吸収係数です。すべてのエンクロージャーにはある程度の内部吸収がありますが、吸収材料を追加すると、ノイズの減少に役立ちます。より大きなエンクロージャーは、小さなエンクロージャーよりも拡大係数が低くなっています。住宅の隙間や穴は、住宅の外側での騒音低減の有効性を低下させます。住宅の小さな穴やギャップでさえ、その音を抑える効果を大幅に減らすことができます。
より静かな製品とシステムを設計します
成功した騒音制御プログラムには、複数の専門分野での個人の合計努力が必要です。静かな油圧ポンプは、静かなシステムを保証するものではありません。静かなポンプを選択することは、システムデザイナー、メーカー、インストーラー、メンテナンス技術者の才能を必要とする多面的な計画の一部にすぎないはずです。これらの領域のいずれかでの障害は、騒音制御計画全体を脱線させる可能性があります。
システムデザイナーは、成功した騒音制御を達成する上で重要な役割を果たします。彼らは、有効性、コスト、および実用性の観点から、利用可能なすべての騒音制御技術を評価する必要があります。騒音制御計画を開始するときは、ソース：ポンプで開始するのが最善です。もちろん、ポンプメーカーは静かなポンプを提供する責任があります。その後、最も一般的な戦略は、ポート設計を使用して、ポンプの定格速度と圧力での圧力脈動を最小限に抑えることです。
コンポーネントレベルでは、設計者は可変速度ポンプから始めたいと思うかもしれません。可変スピードドライブ（VSD）システムでは、ポンプ速度はデューティサイクルの要件を満たすために変化します。システムが不要になったときに速度が低下するため、これによりノイズが減少します。
より静かな個々のコンポーネントはノイズリダクションに大きく貢献する可能性がありますが、ノイズリダクションの機会のためにシステム設計全体を調べることで追加の利点を得ることができます。振動制御は、ポンプとモーターから機械構造への振動の移動を最小限に抑えるように設計されています。これは、ベースプレートまたは他のベースアイソレーターによる剛性サポートからポンプおよび/またはモーターを分離することで実現できます。
システムテストと評価は、ノイズリダクションに関するさらなる洞察を提供できます。適切に設計されたテスト領域のバックグラウンドノイズからコンポーネントを分離すると、ノイズ源、トランスミッションパス、およびノイズリダクションの機会に焦点を当てることができます。
単に個々のコンポーネントを選択するのではなく、システムアプローチを使用するためにシステムアプローチを使用すると、ノイズ低減の成功の可能性がさらに大きくなります。システム全体の個々のコンポーネントと役割を理解している情報に基づいたチームは、ノイズソースと低ノイズの設計を特定するのに役立ちます。
油圧システムの音質
油圧システムは常に騒音問題の原因ではありませんが、しばしば非難されます。その理由は、ボリュームや圧力よりも生成される音の品質に関係しています。ほとんどの読者は、迷惑な油圧の泣き声に精通しています。客観的に測定されたこのPurrには、通常、音響能力はあまりありません。ただし、そのトーンは不快であるため、実際の音が大きくなります。
さまざまな音質測定方法が使用されています。正の変位ポンプの「油圧ro音」を定量化するために、通常、ラウドネスや音と雑音の比率などの音質指標が使用されます。ステアリングコントロールユニットとバルブ内で生成された流れノイズを特徴付けるために、ラウドネス、顕著な比率、音と音の比率などの音質指標が一般的に使用されます。ただし、OEMは上記のメトリックを使用することに限定されませんが、単一ではあるが異なる音質メトリックを使用できます。より一般的には、いくつかの加重音質インジケータが製品に必要な音を特徴付けるために使用されます。
したがって、油圧システムが全体的なサウンドレベルにどれだけ影響するかという客観的な問題に加えて、マシンメーカーは、適用された音の品質が顧客の品質に対する全体的な認識にどのように影響するかについての主観的な質問にも対処する必要があります。エンジンのランブルは通常、油圧の泣き声よりもはるかに大きいですが、エンジンノイズの知覚はパワーと強度の1つです。
ハイブリッドおよび全電気アプリケーションがより豊富になるにつれて、エンジン/排気/ファンを使用した「典型的な」モバイルアプリケーションのノイズ源の寄与が変化しています。エンジンサイズの縮小または除去は、油圧システムノイズを「マスク」するために使用されるノイズ源を減少または排除します。これらの他の振幅源を削減または排除すると、油圧システムノイズの減少に重点が置かれます。
将来のアプリケーションでは、油圧システムによって生成されるノイズがより明白であり、アプリケーションのより重要なノイズ源になります。
