平衡式变量叶片泵节能研究

　　0 引言

　　随着人们环保意识的增强及可持续发展的要求,降低能源消耗正成为世界各国关注的热点,这一点在汽车技术领域表现得尤为突出。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。经过分析研究发现,现用的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只占其中的40%不到,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,降低系统使用寿命,产生噪声和增加汽车尾气排放[1]。其中又以转向泵消耗的无功功率为最大。因此,研究汽车动力转向系统特别是转向泵的节能降耗问题就具有非常重要的实际意义。

　　本文提出了一种含有浮动块的新型变量叶片泵替代传统转向泵中的定量叶片泵[2]。此泵具有速度补偿特性,能降低泵的无功功率消耗,相对于传统助力泵是一种较为理想的汽车用转向助力泵。

　　1 基本结构和工作原理

　　1.1 基本结构

　　如图1所示,新型叶片泵主要由定子、转子、叶片、吸油窗口、排油窗口、浮动块及联接弹簧等组成。在外壳体的内圈上装有定子和定子衬套,在定子内装有转子。在转子上均布地装有8组叶片,在每2组叶片中间均布地装有8组浮动块。浮动块由浮动块体和联接弹簧组成;浮动块体安装在浮动块体滑槽内,联接弹簧安装在弹簧槽内,在弹簧槽底开有联通孔通到吸油腔,使通过浮动块泄漏的液压油通过联通孔回到油腔,并且保证浮动块体能够顺利地工作、运动灵活。新型叶片泵与传统平式定量叶片泵在结构上的主要区别:将转子在两个叶片之间的部分制成随着叶片泵转速的变化而发生的浮动部件,使叶片泵的排量在叶片泵转速变化时,变化较小或不变化。改变了随着发动机的转速的增加助力泵的排量也将随着增加的状况,通过改变泵的排量达到在汽车不转向时降低泵输出功率的目的。

　　1.2 工作原理概述

　　平衡式变量叶片泵变量原理是在其转子的浮动槽内安装了可以上下伸缩的浮动块体。随着转子旋转速度的变化,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,实现了泵的变量。①当转子速度提高时,在离心力的作用下,浮动块体外移,占据更多的有效容积空间,使泵每转的吸、排油量减少;当转子速度降低时,离心力变,浮动块体会内移,泵的有效容积空间变大,泵每转的吸、排油量增加。②当浮动块体上升到一定的高度时其与浮动槽产生缝隙,使一部分高压油流进槽内,当泵转到吸油区内时,这部分油流入吸油腔,从而也降低了泵的排量。

　　1.3 平衡式变量叶片泵理论流量方程