關(guān)于膜片式電子真空泵抽氣性能計(jì)算的研究

楊海斌

摘要：本文主要針對(duì)橡膠膜片式電子真空泵的抽氣性能進(jìn)行研究，以推導(dǎo)出膜片泵的近似計(jì)算公式，使計(jì)算值的抽氣速率接近于實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，以便在設(shè)計(jì)開發(fā)中及整車制動(dòng)系統(tǒng)匹配時(shí)，快速進(jìn)行性能確認(rèn)，縮短開發(fā)及測(cè)試周期，降低開發(fā)成本。

關(guān)鍵詞：電子真空泵;橡膠膜片;抽氣速率

中圖分類號(hào)：U472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0引言

為了提高汽車制動(dòng)性能，目前汽車均配有真空助力器，而傳統(tǒng)汽車助力器的真空源由發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣歧管提供。對(duì)新能源汽車來(lái)說(shuō)，由于取消了發(fā)動(dòng)機(jī)，所以需要電子真空泵獨(dú)立提供真空源。新能源汽車的制動(dòng)助力有2種模式，電液制動(dòng)器與電子真空泵。

由于目前電液制動(dòng)器價(jià)格成本高，系統(tǒng)集成度高，未在車輛上大面積普及，僅應(yīng)用于個(gè)別新能源汽車上。而更多的新能源汽車還是采用電子真空泵給助力器提供真空源。電子真空泵主要有3種類型，活塞泵、葉片泵和膜片泵?；钊糜捎趬勖鼧O短，目前已逐步被市場(chǎng)淘汰;葉片泵存在升溫高、可靠性低及易進(jìn)水的問(wèn)題，一般應(yīng)用在安裝位置足夠高的車型上;膜片式電子泵具備質(zhì)量輕、噪聲低、防水性能好及抽氣速率快的特性，受到很多新能源汽車廠家的青睞。

1膜片式電子真空泵工作原理

膜片式電子真空泵的結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理為：進(jìn)氣孔與助力器的真空腔相通，排氣孔與泵體內(nèi)腔連通后，再與大氣相通;真空泵通過(guò)橡膠膜片的彈性變形，使膜片與外側(cè)板間的容積進(jìn)行變化，實(shí)現(xiàn)抽氣與排氣的過(guò)程。

由此可見，電機(jī)旋轉(zhuǎn)1圈，真空泵完成1次抽氣與排氣。根據(jù)泵的結(jié)構(gòu)，通常設(shè)計(jì)為雙腔布置，即電機(jī)旋轉(zhuǎn)1圈，完成2次抽氣與排氣。當(dāng)高速連續(xù)運(yùn)行，膜片不停的抽排工作，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，抽氣與排氣單向閥均不會(huì)打開，達(dá)到極限真空度。

2膜片式真空泵的抽氣性能計(jì)算

真空泵的抽氣性能是指被抽容器內(nèi)氣體壓力隨時(shí)間變化的關(guān)系。橡膠膜片變形較為復(fù)雜，容器內(nèi)的氣體分子也在變化，隨著系統(tǒng)真空度越高，泵的抽氣時(shí)間越長(zhǎng)，做功效率將越低，那么需要通過(guò)一個(gè)合理的計(jì)算公式，來(lái)推演膜片式電子真空泵的抽氣速率曲率變化。

2.1泵的排量計(jì)算

泵的排量是指真空泵在單位時(shí)間內(nèi)抽出氣體的體積，一般包括理論排量與實(shí)際排量。理論排量S可表示為公式（1）。

3.4抽氣性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)

將膜片泵以標(biāo)準(zhǔn)5 L容器進(jìn)行抽氣速率測(cè)試，額定電壓為13 V，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速3000 r/min。測(cè)試結(jié)果如圖3所示。通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分析（表2），計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)最大差異僅在0.450 s以內(nèi)，數(shù)據(jù)完全吻合。

4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)分析，真空泵的極限真空度能力越高，抽氣越快。但膜片泵應(yīng)用于新能源汽車制動(dòng)助力，僅作為間歇式工作電子產(chǎn)品，且工作采用有刷直流電機(jī)的累計(jì)工作壽命約1200 h。所以需要充分利用真空泵的抽氣性能，匹配合理的真空罐儲(chǔ)能容器，設(shè)計(jì)合理的真空泵啟動(dòng)與停止的真空度閾值，使真空泵的做功效率最優(yōu)化，壽命得到充分應(yīng)用。本文研究計(jì)算，為系統(tǒng)容積匹配提供了充分的依據(jù)，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期及實(shí)車測(cè)試驗(yàn)證的數(shù)據(jù)收集。