液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵綜合性能試驗(yàn)臺(tái)的研制

朱宇

摘要：近年來，高新科技的發(fā)展帶動(dòng)工業(yè)水平現(xiàn)代化的人提高。在汽車制造領(lǐng)域中，液壓元件的主要作用是為車輛的控制系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)提供重要支持，并保證液壓系統(tǒng)及各項(xiàng)機(jī)械部件的穩(wěn)定運(yùn)行。基于此，文章對(duì)夜叉轉(zhuǎn)型齒輪泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)原理進(jìn)行概念是的理清，并通過仿真試驗(yàn)測(cè)試液壓轉(zhuǎn)向齒輪在調(diào)速特性和液壓功率分流比特性方面的整體性能。

關(guān)鍵詞：液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵;綜合性能;試驗(yàn)臺(tái);研制

液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵在工程車輛、農(nóng)用車輛、軍用車輛等多個(gè)領(lǐng)域中均有所應(yīng)用，在很大程度上決定了車輛傳動(dòng)控制技術(shù)水平。傳統(tǒng)的傳動(dòng)控制結(jié)構(gòu)為單行星排結(jié)構(gòu)，該液壓結(jié)構(gòu)的調(diào)速、效率、液壓功率分流3項(xiàng)特性存在較大提升空間。考慮到單行星排結(jié)構(gòu)輸出與輸入端布設(shè)位置存在差異，可以將轉(zhuǎn)動(dòng)劃分為兩種形式，分別為分矩匯速、分速匯速，結(jié)合兩種形式，布設(shè)兩行星排，便可以打造液壓系統(tǒng)。本文在液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵綜合性能試驗(yàn)臺(tái)中測(cè)試調(diào)速特性和液壓功率分流比特性，以此來判斷液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵的優(yōu)勢(shì)所在。

一、液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

液壓泵是液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件，也是工程機(jī)械和農(nóng)用機(jī)械液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的重要組成部分。轉(zhuǎn)向齒輪泵主要由齒輪泵頭裝置和壓力、流量控制裝置組成，通過泵缸與齒輪之間工作體積的形態(tài)變化來實(shí)現(xiàn)液體加壓過程?；竞懔骺刂坪拖迚嚎刂剖峭ㄟ^調(diào)整恒流閥來實(shí)現(xiàn)的，在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，齒輪脫開側(cè)的空間體積由小變大，形成真空，吸入液體;當(dāng)嚙合側(cè)的空間由大變小，并將液體擠進(jìn)管道中，形成高壓，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向輕巧、平穩(wěn)、轉(zhuǎn)向安全[5]。

二、液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵原理實(shí)現(xiàn)分析

在液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵綜合性能實(shí)驗(yàn)中，通過測(cè)試掌握齒輪泵的壓力參數(shù)、流量參數(shù)以及轉(zhuǎn)向性能和傳動(dòng)性能等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，以保證液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵符合車輛工程的各項(xiàng)指標(biāo)要求。要滿足測(cè)試要求需要具備以下三點(diǎn)：

（1）沖擊跑合回路：在液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵加工完成后，由于內(nèi)部仍存在鐵屑和鑄砂等工業(yè)殘留物，一旦被直接安裝在汽車內(nèi)部，會(huì)影響其性能的發(fā)揮和車輛的安全與穩(wěn)定性。而跑合試驗(yàn)不僅可以對(duì)元件內(nèi)部殘留物質(zhì)進(jìn)行清理，還能幫助元件完成初始性磨合，保證其在車輛內(nèi)部性能最大化發(fā)揮[1]。

（2）動(dòng)力單元：使用變頻驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵在不同調(diào)速下進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)測(cè)定。

（3）自循環(huán)冷卻過濾回路：在試驗(yàn)階段，壓力閥長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)會(huì)導(dǎo)致負(fù)載過高、熱量增大、油溫上升等現(xiàn)象，不僅影響試驗(yàn)結(jié)果還影響壓力閥的使用壽命。而咨詢會(huì)冷卻過濾回路不僅能起到冷卻降溫、元件過濾的效果，還能大幅度增加齒輪泵的使用壽命[2]。

三、液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵綜合性能試驗(yàn)臺(tái)仿真實(shí)驗(yàn)

本研究選取MATLAB作為仿真工具，對(duì)液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵的調(diào)速、液壓功率分流比2項(xiàng)特性進(jìn)行仿真測(cè)試。

（1）調(diào)速特性仿真測(cè)試

其中，ni代表輸入軸調(diào)速，no代表輸出軸調(diào)速。根據(jù)表1中的聯(lián)接系數(shù)關(guān)系可知A1和A2取值，分別為、k2。將兩項(xiàng)參數(shù)代入公式中，觀察各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系，可以確定調(diào)速特性主要取決于i0～i3和k取值，即各個(gè)傳動(dòng)齒輪對(duì)應(yīng)的傳動(dòng)比。為了檢驗(yàn)此結(jié)論可靠性，本研究組織仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如圖1所示。

從曲線變化情況來看，隨著排量比e數(shù)值的增加，調(diào)速特性曲線斜率逐漸減小，并且k取值越大，斜率越小[3]。由此可以判斷，調(diào)速可控性與k數(shù)值呈正相關(guān)關(guān)系。

（2）液壓功率分流比仿真測(cè)試

液壓功率分流比特性可以用兩項(xiàng)輸出功率的比值來定義，分子為液壓路輸出功率，分母為變速器總輸出功率。A1和A2取值分別為、k2，將兩項(xiàng)參數(shù)代入公式：

中，觀察各項(xiàng)參數(shù)關(guān)系，可以確定調(diào)速特性主要取決于i0～i3和k取值，仿真測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)曲線變化特點(diǎn)可知，當(dāng)k取值為3.5時(shí)，曲線中調(diào)速特性范圍寬度最大，范圍0.2～2.1。該范圍比大約10倍，與普通車輛液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵的調(diào)速范圍相比，優(yōu)勢(shì)更大一些。所以，k應(yīng)該取3.5。

結(jié)語：本文通過分析混合式液壓—機(jī)械無級(jí)變速傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，掌握不同輸入與輸出傳動(dòng)形式，探究調(diào)速、液壓功率分流比2項(xiàng)特性。根據(jù)傳動(dòng)形式結(jié)構(gòu)，探究特性計(jì)算公式。仿真結(jié)果顯示，液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵傳動(dòng)形式變速系統(tǒng)調(diào)速可控性與k數(shù)值呈正相關(guān)關(guān)系，調(diào)速范圍比較寬，該范圍是普通調(diào)速范圍的10倍左右。證明液壓轉(zhuǎn)向齒輪泵的性能更加適用于現(xiàn)代汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。

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