平衡式变量叶片泵节能特性的仿真与试验研究

　　0　引言

　　在以往的工作中,研究人员主要关注的是如何降低发动机和传动系统的能耗,而对辅助系统如转向系统等则关注较少。经过研究发现,现用的液压动力转向系统要消耗原动机约3%的能源,但真正转向消耗的能量占不到其中的40%,另外60%左右的能量不仅白白浪费掉了,而且会增加液压系统的发热,缩短系统使用寿命,产生噪声和增加汽车尾气排放[1-2]。因此,笔者设计了一种含有浮动块的新型平衡式变量叶片泵,该泵具有速度补偿特性,可有效降低液压转向系统的能耗,相对于传统转向泵是一种较为理想的汽车用转向泵。

　　1　平衡式变量叶片泵的结构与工作原理

　　1.1　平衡式变量叶片泵的基本结构

　　平衡式变量叶片泵中,浮动块由浮动块体和连接弹簧组成;浮动块体安装在浮动块体滑槽内,连接弹簧安装在弹簧槽内,浮动块体底部安装螺钉,螺钉与连接弹簧连接,如图1所示。连接弹簧两端都设计有圆钩环,一端与螺钉连接,另一端与顺时针方向的下一个弹簧槽底部边缘固定连接。

　　1.2　平衡式变量叶片泵的工作原理

　　平衡式变量叶片泵的变量原理是,在其转子浮动槽内安装了可以上下滑动的浮动块体,随着转子转速的变化,浮动块体可在槽内上下滑动,这样浮动块体在油腔内占据空间的大小与泵的转速有关,由转子转速的变化实现了泵的变量。当转子转速提高时,受离心力的作用,浮动块体外移,占据更多的有效容积,使泵每转的吸油量、排油量减少;当转子转速降低时,离心力变小,浮动块体会内移,泵的有效容积变大,泵每转的吸油量、排油量增加[3]。平衡式变量叶片泵可用作汽车转向助力泵,改变随着发动机转速的增加助力泵排量也将随之增加的状况,达到补偿转速增加的目的。

　　2平衡式变量叶片泵的结构设计和流量方程

　　2.1　平衡式变量叶片泵的结构设计

　　平衡式变量叶片泵以大连液压件厂批量生产的V20F泵为基础,参照V20F转向泵的性能参数以及V20F泵的机械设计图,从而确定新型泵的基本结构以及主要部件的数量和尺寸。将变量机构浮动块体设计成宽度为4·5mm、高度为6·2mm、厚度为22·0mm的块体,浮动块体顶端部分为半径2·5mm的圆弧顶廓结构,下部两侧有0·8mm的倒角,底部平面有直径为3·0mm的螺纹孔。转子上的浮动槽设计成宽度为4·5mm、高度为6·0mm、厚度为22·0mm的槽。转子弹簧孔直径为4·0mm。连接弹簧采用的是工程中常用的圆柱形螺旋拉伸弹簧,弹簧钢丝的截面也为圆形。钢丝直径为0·5mm。弹簧中径为3·0mm。根据弹簧的钢丝直径,将弹簧有效圈数设定为11,示意结构如图2所示。

　　2.2　平衡式变量叶片泵的流量方程