用于非道路國(guó)Ⅲ柴油機(jī)的VE泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)

【摘 要】隨著時(shí)代的進(jìn)步，柴油機(jī)的尾氣排放問題日益引起社會(huì)各界的重視。VE泵在高速輕載的柴油機(jī)領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。作為非道路國(guó)Ⅲ的主流技術(shù)路線之一，電控VE泵用于拖拉機(jī)、叉車等農(nóng)用機(jī)械和工程機(jī)械越來越受到行業(yè)的重視，但是，把VE泵用于低速大扭矩柴油機(jī)，必須對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。本文對(duì)VE泵的調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行分析，提出了改進(jìn)建議。

【關(guān)鍵詞】VE泵 柴油機(jī) 非道路國(guó)Ⅲ 優(yōu)化

【Abstract】Along with the progress of the times， the problem of exhaust gas emissions of diesel engine is becoming more and more important. VE pump in the field of high speed and light load of diesel has irreplaceable advantages. As one of the main technical routes of the non road state， the electronic controlled VE pump is used for the agricultural machinery and construction machinery. However， the VE pump is used in low speed and high torque diesel engine. In this paper， the speed control system of VE pump is analyzed， and the improvement suggestions are put forward.

【Key words】VE pump diesel engine， the non road state optimization

在道路國(guó)Ⅲ階段，柴油版皮卡、輕卡、SUV領(lǐng)域，VE型分配泵得到了廣泛的應(yīng)用，也促使VE泵成為非道路國(guó)Ⅲ柴油機(jī)的首選配置之一。但是，把VE泵用于低速大扭矩柴油機(jī)，改變了VE泵的用途，不利于發(fā)揮VE泵的優(yōu)勢(shì)。本文對(duì)VE泵的調(diào)速原理進(jìn)行了分析，提出設(shè)計(jì)改進(jìn)意見，以使其更好地勝任非道路工況的要求。

1 VE泵調(diào)速系統(tǒng)的力學(xué)平衡關(guān)系

VE泵的力學(xué)分析，包括了兩個(gè)平衡：一是力的平衡，二是位移平衡。力的平衡是指由飛錘旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，作用在調(diào)速套筒上的分力與調(diào)速?gòu)椈?、怠速?gòu)椈?、緩沖彈簧等彈簧力之間的平衡，位移平衡是指調(diào)速套筒的水平移動(dòng)距離與油量控制套位移之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文以某種型號(hào)的VE泵為例，著重分析了位移平衡關(guān)系，并輔以力學(xué)分析，對(duì)VE泵的調(diào)速系統(tǒng)提出改進(jìn)建議。

2 力的平衡關(guān)系

VE泵力的平衡系統(tǒng)的動(dòng)力源自于飛錘旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力，飛錘旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力計(jì)算如下：

（1）

式（1）中：

——飛錘質(zhì)量（按10克計(jì)算）， ——飛錘質(zhì)心與旋轉(zhuǎn)中心之間的距離（隨飛錘張開角度增大而增加）， ——油泵轉(zhuǎn)速， ——傳動(dòng)齒輪與飛錘座齒輪的傳動(dòng)比。

從公式（1）中可以看出，在飛錘張開角度不變的情況下，離心力與油泵轉(zhuǎn)速的平方成正比；在轉(zhuǎn)速不變的情況下，離心力隨飛錘張開角度的增大而增加。在VE泵工作過程中，調(diào)速系統(tǒng)受到零件間摩擦力及柴油渦流擾動(dòng)的影響，力的平衡隨時(shí)處于一種調(diào)整過程之中。如果離心力、彈簧力過小，離心力和彈簧力之間的平衡就很容易被打破，造成發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)游車、抖動(dòng)、怠速不穩(wěn)等故障，在同樣轉(zhuǎn)速下，若想得到更大的離心力，使調(diào)速系統(tǒng)工作更穩(wěn)定，就應(yīng)設(shè)法增加飛錘張開的角度。

3 位移平衡關(guān)系

調(diào)速套筒的軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)了調(diào)速器球頭的移動(dòng)，調(diào)速器球頭的位移決定了油泵供油量的大小。如果忽略調(diào)速器杠桿比隨調(diào)速器工作角度而產(chǎn)生的微小變化，調(diào)速套筒的軸向位移與調(diào)速器球頭位移之間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。

對(duì)于某種配置的VE泵，先測(cè)試出其速度特性，根據(jù)其與發(fā)動(dòng)機(jī)配試的參數(shù)，可以從速度特性表中查出各轉(zhuǎn)速下，調(diào)速器球頭的位移，從而反算出調(diào)速套筒的位移，得到飛錘在各轉(zhuǎn)速下的張開角度，評(píng)估該型號(hào)油泵的設(shè)計(jì)合理性與設(shè)計(jì)余量。VE泵的飛錘最大張開角度可以達(dá)到26度，如果計(jì)算得到的飛錘最大張開角度小于20度，說明調(diào)速系統(tǒng)沒有得到很好的利用；而如果計(jì)算得到的飛錘最大張開角度大于25度，說明設(shè)計(jì)余量太小，由于零部件存在差異，油泵極易出現(xiàn)高速不停油或啟動(dòng)油量小的情況。

以匹配工程機(jī)械的某種配置VE泵為例，測(cè)試得到油泵的速度特性表如表1。

該型號(hào)VE泵與發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行匹配實(shí)驗(yàn)，得到樣泵的性能參數(shù)如下：?jiǎn)?dòng)點(diǎn)100轉(zhuǎn)/分，供油量6ml/100次；限煙點(diǎn)600轉(zhuǎn)/分，供油量17.5ml/500次；扭矩點(diǎn)900轉(zhuǎn)/分，供油量23.5ml/500次；標(biāo)定點(diǎn)1250轉(zhuǎn)/分，供油量23.5ml/500次；最高空轉(zhuǎn)1350轉(zhuǎn)/分，供油量3ml/500次，調(diào)速率8%。查速度特性表，各轉(zhuǎn)速下控制套的理論行程分別為啟動(dòng)點(diǎn)100轉(zhuǎn)/分，控制套行程1.37mm；限煙點(diǎn)600轉(zhuǎn)/分，控制套行程0.79mm；扭矩點(diǎn)900轉(zhuǎn)/分，控制套行程1.02mm；標(biāo)定點(diǎn)1250轉(zhuǎn)/分，控制套行程1.09mm；最高空轉(zhuǎn)1350轉(zhuǎn)/分，控制套行程0.3mm。根據(jù)控制套的行程和調(diào)速器的杠桿比，計(jì)算得到調(diào)速套筒的最大位移為2.59mm，對(duì)應(yīng)飛錘最大張開角度為15度。

從計(jì)算可以看出，該型號(hào)油泵沒有充分發(fā)揮調(diào)速系統(tǒng)的潛力。假設(shè)最高空轉(zhuǎn)時(shí)，飛錘的張開角度為23度，調(diào)速套筒的最大位移則為4.11mm，反算到啟動(dòng)點(diǎn)100轉(zhuǎn)，MS值增加了約1.5mm，飛錘的離心力得到了充分的利用，但是啟動(dòng)油量大大增加了，肯定會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)冒黑煙的情況。這就需要設(shè)法降低油泵的啟動(dòng)供油量。按照VE泵的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，油泵的啟動(dòng)油量是通過改變MS值來調(diào)整的，增大MS值，油泵的啟動(dòng)油量增大；減小MS值，油泵的啟動(dòng)油量減小。對(duì)于匹配工程機(jī)械的該配置VE泵而言，在MS值滿足油泵啟動(dòng)油量要求的情況下，飛錘的最大張開角度只有15度，調(diào)速系統(tǒng)的能力沒有發(fā)揮出來。如果能讓啟動(dòng)油量與MS值脫鉤，就可以充分發(fā)揮調(diào)速系統(tǒng)的潛力，有利于改善發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速加載能力，降低調(diào)速率，從而滿足工程機(jī)械對(duì)油泵的特殊要求。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，可以利用調(diào)速支架擋銷來調(diào)整油泵的啟動(dòng)油量。以油泵的最高空轉(zhuǎn)作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，將油泵的MS值統(tǒng)一調(diào)整到調(diào)速系統(tǒng)允許的最大值，這樣啟動(dòng)油量會(huì)大大超出調(diào)試卡的要求，通過在調(diào)速支架擋銷上加調(diào)整套筒的方式，減小調(diào)速撥桿張開的最大角度，來滿足發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)啟動(dòng)油量的要求。采用這種方式，由于每臺(tái)油泵的MS值都相同，有利于提高油泵的一致性，進(jìn)而提高油泵調(diào)試的效率。

4 結(jié)語

本文對(duì)VE泵調(diào)速系統(tǒng)的力學(xué)平衡關(guān)系進(jìn)行了理論分析，對(duì)VE泵用于工程機(jī)械提出了改進(jìn)設(shè)計(jì)的建議。只有解放思想，敢于創(chuàng)新，跳出條條框框的束縛，對(duì)VE泵的結(jié)構(gòu)進(jìn)行大膽改進(jìn)，才能充分發(fā)揮出VE泵的潛力，使VE泵在低速大扭矩柴油機(jī)領(lǐng)域體現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 周龍寶.內(nèi)燃機(jī)學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2] 羅子華，黃大明，韋志康，等.柴油機(jī)調(diào)速器概述[J].拖拉機(jī)與農(nóng)用車，2007（4）：34.

作者簡(jiǎn)介：隋信眾（1971—），男，山東龍口人，碩士，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，高級(jí)工程師，技術(shù)主管。