艦船尤其是潛艇的振動(dòng)和噪聲問(wèn)題是影響其水下隱蔽性的關(guān)鍵因素,而隱蔽性又是艦船生命力和戰斗力的核心之一。艦船尤其是潛艇航行時(shí),其水下輻射噪聲主要由機械噪聲、螺旋槳噪聲與水動(dòng)力噪聲組成。當潛艇在低速靜音航行時(shí),機械噪聲主要由安裝在艦船上的一系列動(dòng)力及輔機設備工作時(shí)產(chǎn)生,機電設備的振動(dòng)通過(guò)彈性安裝結構、管路流體以及空氣噪聲傳遞到水交界的艇體結構,艇體表面振動(dòng)產(chǎn)生輻射形成水下噪聲。因此,直接降低機械設備的振動(dòng)噪聲,控制振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的源頭,是降低由設備機械噪聲而引起的艦船水下輻射噪聲的直接有效方法。
均衡泵是艦船操縱控制系統中的關(guān)鍵動(dòng)力設備,主要用于浮力調整、應急疏水、消防和蓄電池組冷卻供水等。隨著(zhù)潛艇隱身性要求的日益提高,低振動(dòng)低噪聲均衡泵研究已迫在眉睫。
1. 泵體結構
泵體是過(guò)流的主要零件,如圖1所示,里面安裝導葉、葉輪,外面接電動(dòng)機、進(jìn)出口管路(見(jiàn)圖2),是低振動(dòng)低噪聲泵的骨架,故必須嚴格保證泵體加工尺艇體結構,艇體表面振動(dòng)產(chǎn)生輻射形成水下噪聲。因此,直接降低機械設備的振動(dòng)噪聲,控制振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的源頭,是降低由設備機械噪聲而引起的艦船水下輻射噪聲的直接有效方法。
圖1 低振動(dòng)低噪聲泵裝配示意圖
圖2 泵體立體圖(1.下法蘭 2.入口法蘭 3.泵腳4.上法蘭 5.出口法蘭)
1. 原加工工藝路線(xiàn)對泵體變形的影響
原加工工藝路線(xiàn): ① 鑄造成型,并去應力處理。②立體劃線(xiàn)各加工面。③卡上法蘭,粗加工下法蘭端面及內孔,各面各留1mm加工余量。④調頭,卡下法蘭找正,粗加工上法蘭端面及內孔,各面各留1mm加工余量。⑤鏜床加工泵腳面到位。⑥銑床加工入口法蘭面、出口法蘭面,兩面各留1mm加工余量。⑦劃鉆各面孔。⑧水壓檢驗泵體。⑨精加工上法蘭及內腔各面各孔。⑩精加工下法蘭及內腔各面各孔。精加工入口法蘭面、出口法蘭面。
加工完成后,在三坐標測量機上對泵體整體進(jìn)行測量,以關(guān)鍵的第一裝配面——上法蘭的端面和內孔作為測量基準,其中僅有一個(gè)重要指標合格,其余均超差,尤其是下法蘭指標嚴重超差。
2. 原因分析
(1)對下法蘭內孔進(jìn)行測量,分析超差位置。由實(shí)測值分析,橢圓最大處為泵腳中間位置,測量值為+0.13mm,橢圓最小處為最大處垂直位置,測量值為-0.06mm,變形最小處為出口法蘭位置, 測量值為+0.035mm。
原因分析:從測量值直觀(guān)上分析,直徑變大的地方是泵腳中心直徑處,泵腳相當于大筋板,直徑變小最大處是沒(méi)有大筋板的地方,直徑變化最小的地方是出口法蘭處,出口法蘭是鑄件厚大處。
(2)對超差最大的下法蘭內孔橢圓進(jìn)行分析。從下法蘭內孔實(shí)測尺寸和位置分析,初步判斷產(chǎn)生變形的原因是加工殘余應力的作用。殘余應力對構件變形的影響主要包括兩個(gè)方面:一是零件抵抗動(dòng)靜載荷的變形能力;二是載荷卸載后變形的恢復能力。在切削加工的過(guò)程中,隨著(zhù)被切削材料的去除,切削層中的殘余應力被逐漸釋放,零件自身的剛度也發(fā)生了變化,原始的自平衡狀態(tài)破壞,零件只有通過(guò)變形來(lái)達到新的平衡狀態(tài),這是殘余應力對切削加工變形影響的基本原理。不同切削參數產(chǎn)生的殘余應力對加工變形會(huì )產(chǎn)生影響,切削深度越大,殘余應力引起的變形量變化越慢;進(jìn)給量越大,殘余應力導致的變形越大。
從下法蘭的內孔變形位置,結合殘余應力的特點(diǎn), 在厚大部位變形較小,稍薄壁處變形較大。通過(guò)以上分析,泵體的入口法蘭、出口法蘭、泵腳不是對稱(chēng)布置,導致在加工中有殘余應力,是產(chǎn)生變形的主要原因。
3. 改進(jìn)后的加工工藝路線(xiàn)
通過(guò)以上原因分析, 對加工工藝進(jìn)行改進(jìn),一是增加主孔的粗加工次數,減小每次切削深度和進(jìn)給量,使加工變形多次釋放,減小殘余應力引起的變形;二是增加加工應力釋放時(shí)間,粗加工完放置時(shí)間加長(cháng),充分釋放粗加工產(chǎn)生的殘余應力,減小最終加工對主孔的變形影響。
最終形成加工工藝為: 1.鑄造成型,并去應力處理。2.立體劃線(xiàn)各加工面。3.卡上法蘭,粗加工下法蘭端面及內孔,粗加工時(shí)減小每次的切削深度和進(jìn)給量,各面各留2mm加工余量。4.調頭,卡下法蘭找正,粗加工上法蘭端面及內孔,各面各留2mm加工余量。5.鏜床加工泵腳面,留2mm加工量。6.銑床加工入口法蘭面、出口法蘭面,兩面各留2mm加工余量。7.劃鉆各面孔,注意深度。8.水壓檢驗泵體。9.放置24h,釋放加工應力。10.加工下法蘭及內腔各面各孔,加工各面各留1mm加工余量,1mm加工余量分2次切削,進(jìn)一步減小切削深度和進(jìn)給量。11.做胎具,將下法蘭上到胎具上,加工上法蘭及內腔各面各孔,各面各留1mm加工余量,按10mm的切削孔深度和進(jìn)給量加工。12.精加工入口法蘭面、出口法蘭面,2mm加工余量分3次切削,減小切削深度和進(jìn)給量。13.再次放置24h。14.精加工下法蘭及內腔各面各孔,1mm加工余量分2次切削。15.上胎具,精加工上法蘭及內腔各面各孔,1mm加工余量分2次切削。
加工完畢后, 在三坐標測量機上進(jìn)行測量,實(shí)測值均能達到圖樣要求的指標。將泵體組裝在整機上,在轉子上對下法蘭內孔止口打表,跳動(dòng)在0.02mm以?xún)?,完全達到技術(shù)要求。對整機振動(dòng)指標進(jìn)行檢測,測量值如表1所示,低頻、高頻均能達到技術(shù)指標要求。
表1 整機振動(dòng)測量值
1. 結語(yǔ)
通過(guò)對均衡泵泵體原始加工工藝路線(xiàn)進(jìn)行分析,確定問(wèn)題產(chǎn)生的主要原因,進(jìn)一步優(yōu)化泵體加工路線(xiàn),使得泵體最終加工后符合圖樣要求,從而滿(mǎn)足整機裝配要求,達到了整機減振降噪的目標。
入駐:2024-02-26
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入駐:2024-02-22
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