效率随输出压力的变化如图8所示,其中ηvt为电机丹尼逊叶片泵的理论容积效率,ηt为理论总效率,ηv为电机丹尼逊叶片泵样机的容积效率,ηvz为电机油泵组的容积效率。当输出压力达到14mpa时,电机丹尼逊叶片泵的理论总效率约为0·56;当输出压力po大于6mpa时,电机丹尼逊叶片泵样机的容积效率和总效率明显下降。电机油泵组中的丹尼逊叶片泵容积效率随着压力的升高逐渐降低、变化平缓。电机丹尼逊叶片泵的理论效率曲线与电机油泵组的总效率曲线基本重合。电机丹尼逊叶片泵样机存在额外的内泄漏,致使电机丹尼逊叶片泵样机的容积效率随其输出压力的升高而下降较快,其总效率也相应降低。现对电机丹尼逊叶片泵样机出现的额外内泄漏进行分析。图9给出了电机丹尼逊叶片泵样机中泵芯的装配图,样机中采用了高压子母丹尼逊叶片泵的标准泵芯,其高压区由o形密封圈1、聚四氟乙烯密封圈3和组合密封2来保证与低压区隔离。首先,可以断定o形密封圈1处的密封是可靠的,否则会产生外泄漏,试验过程中样机未出现任何外泄漏;其次,组合密封圈2是o形密封圈与聚四氟乙烯挡圈的组合,其密封是依靠橡胶圈的压缩量来保证的,此处泄漏也可以排除;聚四氟乙烯密封圈3为硬质塑料,样机装配时此处基本无预压缩量,泵芯座5内孔与泵芯组件4外圆柱面之间为间隙配合,因此密封圈3位置处的泄漏很容易发生。当输出压力较高时(po>6 mpa时),泵芯座在液压力作用下将产生较大的径向和轴向变形,径向变形使得泵芯座5的内径增大,泵芯组件与泵芯座之间的间隙随之增大,泄漏相应增加。图9中,用带箭头的虚线表示了电机泵样机内的额外泄漏的路径及其方向。改进泵芯座与泵芯组件之间的密封,优化泵芯座的结构,可以彻底避免电机丹尼逊叶片泵样机中出现的额外的内泄漏,保证电机丹尼逊叶片泵的容积效率和总效率均不低于传统的电机油泵组。丹尼逊叶片泵的管理要点除需防干转和过载、防吸入空气和吸入真空度过大外,还应注意:1.泵转向改变,则其吸排方向也改变叶片泵都有规定的转向,不允许反。因为转子叶槽有倾斜,叶片有倒角,叶片底部与排油腔通,配油盘上的节流槽和吸、排口是按既定转向设计。可逆转的叶片泵必须专门设计。2.丹尼逊叶片泵装配配油盘与定子用定位销正确定位,叶片、转子、配油盘都不得装反,定子内表面吸入区部分易磨损,必要时可将其翻转安装,以使原吸入区变为排出区而继续使用。3.拆装注意工作表面清洁,工作时油液应很好过滤。4.叶片在叶槽中的间隙太大会使漏泄增加,太小则叶片不能自由伸缩,会导致工作失常。5.丹尼逊叶片泵的轴向间隙对ηv影响很大。1)小型泵-0.015~0.03mm2)中型泵-0.02~0.045mm6.油液的温度和粘度一般不宜超过55℃,粘度要求在17~37mm2/s之间。粘度太大则吸油困难;粘度太小则漏泄严重。4.1 转速匀加速上升在给方向盘施加一个力矩,使其产生015rad的阶跃转角,提高转向泵的转速,转速上升斜率为15的匀加速,在1s内转速从10r/s上升到25r/s,转向泵系统实际输出功率动态响应曲线如图2所示。由图2知:在1s内转速急剧上升,系统的响应速度较快,波动较小。功率输出变化较为平稳。由于转速变化变量机构大约017s的时候开始工作,导致供油量发生变化,输出功率随之变化,系统出现不稳定状况,但是很快地重新趋于稳定。图3是在参数不变的基础上将负载压力从6mpa变为10mpa得到的仿真曲线,负载变大,因而泵的输出功率将变大。当负载变大后,泵的输出流量将下降,因此整个曲线呈略微下降趋势。在其它参数完全相同的条件下,转向系统中转向泵的转速上升斜率为30的匀加速变化,在1s内转速从15r/s上升到45r/s,转向泵系统实际输出功率动态响应曲线如图4所示。图4在此条件下将会出现2次泵的供油量发生变化,因此系统2次出现波动。由图2和图4仿真曲线的变化趋势可以看出,对于同一种变化情况,当转速变化较为平稳时,系统的变化趋势越平稳,系统的超调量就越小,输出功率的峰值及平稳值均随速度变化的增大而增大,是由变量机构工作和负载变化引起的,这与系统的实际情况相符合。4.2 转速变加速上升图5是与图2在系统参数、转速上升斜率完全相同的情况下,将速度变化时间做改变,在前014s速度保持不变, 014~1s的时间段速度上升变化。前014s内转速保持在10r/s,随后的016s内泵转速从10r/s上升到20r/s进行仿真得到动态响应曲线。从仿真曲线看出:在014s时系统出现超调量,这是因为014s时速度开始出现上升变化,速度有变化,因此系统出现轻微波动。当转向泵的速度达到使变量机构开始工作的速度值,泵的输出功率发生变化,引起系统出现不稳定趋势,并很快平稳下来。纵观整个曲线的变化趋势,随着转速的不断上升,输出功率曲线的变化趋势基本保持恒定,略微上升。通常情况下,传统转向油泵的定量泵流量随发动机转速的提高而增大,这样在高转速的情况下,油泵的输出流量高于实际需求的流量,因而油泵的输出功率也较大,增加了泵的功率损失。理论上,在负载压力不变的情况下,定量泵的输出功率与泵的流量成正比,也就是在泵排量一定的情况下与转速成正比,转速越高输出功率就越大。在泵高转速情况下通过浮动块的方式控制流量的办法来降低泵无功功率的消耗,减少寄生损失,这对汽车转向泵的节能降耗提供了一种可行的解决方案。5 结论平衡式变量叶片泵是一种基于全新变量理论提出的速度补偿式叶片泵,适用于汽车转向助力系统的一种新型叶片泵。文中仿真分析了系统在发动机转速变化情况下转向泵的功率输出动态特性,结果证明它不仅继承了传统平衡式叶片泵的优点,还能有效地解决传统转向油泵定量恒流方案无功功率消耗大、油泵输出的油液大部分经过流量控制阀所造成很大的寄生损失的问题。这种新一代变量泵的提出,面对如此庞大的中国汽车市场,不仅有科学意义,更有市场价值。由于降低了转向泵占整车的能耗,减少了汽车的废气排放和燃油消耗,对环境保护的影响也是深刻的。综上所述,平衡式变量叶片泵是有进一步改进和研究的理论意义和科学价值的,有一定的应用前景。)从原理上讲,丹尼逊液压马达和丹尼逊液压泵是可逆的,如果用电机带动时,输出的是液压能(压力和流量),这就是丹尼逊液压泵;若输入压力油,输出的是机械能(转矩和转速),则变成了丹尼逊液压马达。2)从结构上看,二者是相似的。3)从工作原理上看,二者均是利用密封工作容积的变化进行吸油和排油的。对于丹尼逊液压泵,工作容积增大时吸油,工作容积减小时排出高压油。对于丹尼逊液压马达,工作容积增大时进入高压油,工作容积减小时排出低压油。丹尼逊液压马达和丹尼逊液压泵的不同点:1)丹尼逊液压泵是将电机的机械能转换为液压能的转换装置,输出流量和压力,希望容积效率高;丹尼逊液压马达是将液体的压力能转为机械能的装置,输出转矩和转速,希望机械效率高。因此说,丹尼逊液压泵是能源装置,而丹尼逊液压马达是执行元件。2)丹尼逊液压马达输出轴的转向必须能正转和反转,因此其结构呈对称性;而有的丹尼逊液压泵(如齿轮泵、叶片泵等)转向有明确的规定,只能单向转动,不能随意改变旋转方向。3)丹尼逊液压马达除了进、出油口外,还有单独的泄漏油口;丹尼逊液压泵一般只有进、出油口(轴向柱塞泵除外),其内泄漏油液与进油口相通。4)丹尼逊液压马达的容积效率比丹尼逊液压泵低;通常丹尼逊液压泵的工作转速都比较高,而丹尼逊液压马达输出转速较低。另外,齿轮泵的吸油口大,排油口小,而齿轮丹尼逊液压马达的吸、排油口大小相同;齿轮马达的齿数比齿轮泵的齿数多;叶片泵的叶片须斜置安装,而叶片马达的叶片径向安装;叶片马达的叶片是依靠根部的燕式弹簧,使其压紧在定子表面,而叶片泵的叶片是依靠根部的压力油和离心力作用压紧在定子表面上。丹尼逊叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵只能作定量泵用,单作用叶片泵可作变量泵用。双作用叶片泵因转子旋转一周,叶片在转子叶片槽内滑动两次,完成两次吸油和压油而得名。单作用叶片泵转子每转一周,吸、压油各一次,故称为单作用。denison双作用叶片泵:结构组成定子 其内环由两段大半径R 圆弧、两段小半径 r 圆弧和四段过渡曲线组成转子 铣有Z个叶片槽,且与定子同心,宽度为B叶片 在叶片槽内能自由滑动左、右配流盘 开有对称布置的吸、压油窗口传动轴丹尼逊双作用叶片泵工作原理:工作原理由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四部分,传动轴带动转子旋转,叶片在离心力作用下紧贴定子内表面,因定子内环由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线组成,故有两部分密闭容积将减小,受挤压的油液经配流窗口排出,两部分密闭容积将增大形成真空,经配流窗口从油箱吸油。 排量公式 V = 2πB(R 2 – r 2)- 2 z BS(R - r)/ cosθ θ为叶片倾角denison双作用叶片泵的结构特点:径向力平衡。为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面,叶片槽根部全部通压力油。合理设计过渡曲线形状和叶片数(z≥8),可使理论流量均匀,噪声低。定子曲线圆弧段圆心角β≥配流窗口的间距角γ ≥叶片间夹角α(= 2π/ z )。为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击,在配流盘的配流窗口前端开有减振槽。丹尼逊高压叶片泵:叶片槽根部全部通压力油会带来以下:定子的吸油腔部被叶片刮研,造成磨损;减少了泵的理论排量;可能引起瞬时理论流量脉动。这样,影响了泵的寿命和额定压力的提高。 提高双作用叶片泵额定压力的措施: 采用浮动配流盘实现端面间隙补偿 减小通往吸油区叶片根部的油液压力(↓p) 减小吸油区叶片根部的有效作用面积阶梯式叶片(↓s )子母叶片(↓b )柱销式叶片 (↓b )分别在距电机丹尼逊叶片泵样机与电机油泵组轴线方向1m处放置噪声频谱分析仪,进行a声级噪声测量,其噪声声级随输出压力的变化曲线如图5所示。电机丹尼逊叶片泵样机噪声明显低于电机油泵组的噪声。空载(即0mpa)时,电机丹尼逊叶片泵样机的噪声声级比电机油泵组低3 db,随着输出压力的升高二者声级逐渐升高、声级差进一步加大,当输出压力大于12mpa时,电机丹尼逊叶片泵样机的噪声声级趋于恒定,为72 db;而电机油泵组的噪声声级为79·5 db(对应输出压力po=14mpa),且随着压力的升高噪声声级有继续增大的趋势。采用1/3倍频对电机丹尼逊叶片泵样机和电机油泵组的噪声频谱进行分析,图6给出了二者在输出压力为12mpa时的噪声频谱图,横坐标为1/3倍频程中心频率,纵坐标为声压级。从图中可以看出电机丹尼逊叶片泵样机的噪声主频为4 000hz,它决定了声级大小;电机油泵组的噪声主频为300、3 150hz;二者比较发现,电机丹尼逊叶片泵样机属于高频噪声,其噪声源主要是气穴噪声,而电机油泵组的噪声主频相对较低,其主要噪声源还包含着机械噪声成分。在试验过程中,采用透明有机玻璃制成的接线板对电机泵样机壳体内液流进行了观察,发现壳体内的油流携带有许多细小气泡,这些气泡在高压区溃灭形成了高频气穴噪声。图7给出了样机壳体左侧腔体(图1)内的真空度(真空表由接线板接入,见图3)随进口油温的变化曲线。在油温较低时真空度较大,随着油温升高、油液粘度减小,流动阻力减小,真空度逐渐减小,当油温大于41℃后,真空度迅速减小,图7清楚证明电机泵样机存在内部流道狭窄、吸油阻力大的问题。在样机制造过程中,壳体铸件的轴向尺寸偏小和内流道狭窄,使得定子线圈绕组距吸油口太近,造成电机丹尼逊叶片泵样机内部流道存在负压区和油液中的气泡析出。通过增大壳体铸件轴向尺寸、扩大内流道,避免吸油过程中的气泡析出及其气穴噪声,可进一步大幅降低电机丹尼逊叶片泵样机的噪声。2·4 效率电机丹尼逊叶片泵样机的容积效率为总效率为式中 pi———进油口压力pem———输入电功率