平衡式变量叶片泵的节能特性

　　0 引 言

　　目前大多数商用车和轿车都采用液压动力转向系统,但是液压动力转向需消耗一定的能量,使汽车燃料消耗增加.研究发现,中型轿车及前轴荷7.5 t以上的商用汽车,动力转向油泵平均消耗功率分别为0.5~0.7 kW和1.3~2.0 kW,相应的每100 km燃油消耗分别为0.25~0.35 L和1.0~2.5 L.一般动力转向装置所引起的燃油消耗约占整车燃油消耗的3%,但真正转向消耗的能量只占其中的不到40%[1],其中又以转向泵消耗的无功功率为最大.在汽车节能呼声日益高涨的今天,研究汽车动力转向系统特别是转向泵的节能降耗问题具有重要意义.本文提出一种含有浮动块的新型平衡式变量叶片泵[2]替代传统转向泵中的定量叶片泵.此泵具有速度补偿特性,能有效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 结构及工作原理

　　1.1 基本结构

　　如图1所示,平衡式变量叶片泵主要由定子、转子、叶片、吸油窗口、排油窗口、浮动块及连接弹簧等组成.在外壳体的内圈上装有定子,在定子内装有转子.在转子上均布12组叶片,在每两组叶片中间均布12组浮动块.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,在螺钉上钻孔与连接弹簧进行连接,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进行固定连接.新型叶片泵与传统平衡式定量叶片泵在结构上的主要区别是: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,改变了随着发动机转速的增加助力泵的排量也随之增加的状况.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

　　平衡式变量叶片泵变量原理是在其转子的浮动槽内安装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,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.当转子速度提高时,在离心力作用下,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,离心力变小,浮动块体内移,泵的有效容积空间变大,泵每转的吸、排油量增加.

　　1.3 理论流量方程

　　浮动块体上升过程中会在泵有效变量空间内占据一定的片间容积.当浮动块体下降时,会从上升过程中的最大位移处开始被压回浮动槽.浮动块体所占据的空间体积就是变量机构所能减小的泵的排量,泵的理论流量公式为