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新型節能型汽車轉向泵節能特性仿真研究

文檔作者：張攀陳磊王海燕文檔來源： 1．上海海事大學高等技術學院 2．上海海事大學商船學院		點擊數：	更新時間： 2025年09月19日
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上一篇：主流汽車節能技術與節能效果

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Hvdraulics Pneumatics&amp;amp; Seals／No．10．2010
新型節能型汽車轉向泵節能特性仿真研究
張 攀 陳 磊 王海燕
(1．上海海事大學高等技術學院，上海200136； 2．上海海事大學商船學院，上海200135)
摘要：為了降低汽車液壓動力轉向系統中由于轉向泵的輸出流量高于實際需求的流量存在的較大能量損失，提出一種含有浮動塊的
新型容積式變量葉片泵。該泵應用在汽車轉向助力泵等工況，可有效降低液壓動力轉向系統的能量損失，是一種較有應用前景的新型
葉片泵。同時建立汽車液壓助力轉向系統的數學模型，對轉向泵選擇不同的參數進行輸出流量仿真，并對仿真結果進行對比和分析節
能效果，為樣機的優化設計提供指導建議。
關鍵詞：平衡式葉片泵；浮動塊；節能；仿真
中圖分類號：TH137．5 文獻標識碼：A 文章編號：1008—0813(201 o)10—001 1-04
Simulation on Energy Saving Characteristics of a Variable Displacement
of Double Action Vane Pump
ZHANG Pan CHEN Let WANG Hai-yan
(1．Merchant Marine Collage，Shanghai Maritime University，Shanghai 200135；
2．School of High tech， Shanghai Maritime University，Shanghai 200135)
Abstract： To take account of the fact for an automotive hydraulic power steering system have serious energy loss in the system．This paper
discussed the configuration and the action principle of a new variable displacement of double-action vane pump，which consists of a
flo~ing block． The pump belongs to an automotive hydraulic power steering system，and prosperous utilization is expected． In the
meantime by establishing the mathematical and Simulink model for hydraulic power steering of automobile． Diferent parameters of pump
were selected in simulating programming．Th e simulating results were analyzed and compared，the important advice for the final design was
shown．
Key W ords：double action vane pump；floating block；energy saving；simulation
O 引言
目前隨著國際原油價格的不斷攀升，降低原油消
耗越來越被世界各國所重視，“節能減排”成了世界的
通用語。目前大多數商用車和轎車都采用動力轉向，但
是液壓動力轉向需消耗一定的能量，引起的燃油消耗
約占整車燃油消耗的3％t”。汽車行駛過程中，發動機大
部分時間在高于怠速的轉速范圍內運轉。而且80％以
上的時間處于不轉向的直線或等待狀態。因此液壓泵
輸出的油液大部分經過流量控制閥和轉向控制閥流回
儲油罐，造成很大的損失，研究表明真正轉向消耗的能
量只占轉向系統燃油消耗的不到40％E21。在汽車節能呼
聲日益提高的今天，研究節能型汽車轉向系統就具有
非常重要的實際意義。本文提出了一種含有浮動塊的
新型新型轉向泵，此泵具有速度補償特性。可有效降低
液壓轉向系統能耗，相對于傳統轉向泵是一種較為理
想的汽車用轉向泵。
基金項目：上海海事大學科研基金項目(20080473)
收稿日期：2010—03—18
作者簡介：張攀(1983～)，女，遼寧大連人，碩士，研究方向為機電一體化。
1 基本結構
新型轉向泵是在現有平衡式定量葉片泵的基礎上
進行一定的結構改進而形成的．此新型葉片泵在保持
現有平衡式定量葉片泵轉子徑向受力平衡等優點的基
礎上，還能夠十分方便的按照轉速的不同要求，自動改
變其排量。如圖1所示，平衡式葉片泵主要由定子、轉
子、葉片、吸油窗口、排油窗口、浮動塊及聯接彈簧等所
’
、、～ — — — 一
1一定子2一彈簧3一轉子4一浮動塊體5一浮動槽6一葉片
圖1 平衡式葉片泵結構示意圖
組成，在外殼體的內圈上裝有定子，在定子內裝有轉
子。在轉子上均布的裝有l2組葉片，在每兩組葉片中
間均布的裝有l2組浮動塊。浮動塊由浮動塊體和聯接
11
液壓氣動與密封／2010年第l0期
彈簧組成；浮動塊體安裝在浮動塊體滑槽內，聯接彈簧
安裝在彈簧槽內，浮動塊體底部安裝螺釘，在螺釘上鉆
孔與聯接彈簧進行聯接，聯接彈簧兩端都設計有圓鉤
環，一端與螺釘聯接，另一端與順時針方向的下一個彈
簧槽底部邊緣進行固定聯接翻。
2 新型轉向泵工作原理
2．1 泵的工作原理簡介
新型轉向泵變量原理是在其轉子的浮動槽內安裝
了可以上下伸縮的浮動塊體。隨著轉子旋轉速度的變
化。浮動塊體可在槽內上下滑動，這樣浮動塊體在油腔
內占據空間的大小與泵的轉速有關，實現了泵的變量。
當轉子速度提高時，在離心力的作用，浮動塊體外移，
占據更多的有效容積空間，使泵每轉的吸、排油量減
少；當轉子速度降低時，離心力變小，浮動塊體會內移，
泵的有效容積空間變大，泵每轉的吸、排油量增加。
2．2 泵的浮動塊體結構
浮動塊體是新型轉向泵變量的核心部件，它的結構
如圖2所示，參照于大連液壓件廠生產的V20F型轉向
葉片泵的各項設計參數，將浮動塊體寬度設計成4．5mm，
高度W為6．2mm，厚度22．0mm，都呈中心對稱。浮動塊體
頂端部分為半徑2．5mm的圓弧頂廓結構，下部兩側有
0．8mm的倒角。底部平面有直徑為3．0mm螺紋孑L。
圖2 浮動塊體結構平面不惹
2．3 泵的理論流量方程
在只考慮浮動塊體與浮動槽泄漏量的理想情況
下．泵的平均理論流量公式[41
g ={2br~R：一R )盯一 卜10 6 。一10 6 —q )n
(1)
式中26【( 2 )耵一 】一變量機構不工
作時泵的理論排量；
2xlOxbo"．— — 浮動塊體上升、下降2次工作過程
中在相鄰葉片間所占據的有效容積的體積；
g —— 從浮動槽縫隙中所泄漏掉的流量；
— — 浮動塊體的伸長量；
6—— 浮動塊體寬度；
n—— 葉片泵的轉速；
— — 葉片泵的葉片個數：
Or，— — 浮動塊體厚度；
廠葉片厚度；
葉片傾角：
R。— — 葉片泵定子短半徑；
尺廠葉片泵定子長半徑。
3 建立轉向系統模型
根據新型轉向泵流量方程，應用Simulink軟件建
立液壓動力轉向系統仿真模型。研究新型轉向泵作為
轉向泵的動力轉向系統向執行元件輸出流量動態變化
過程和轉向泵定差式溢流閥溢流量的仿真曲線。
3．1 系統的數學模型
發動機轉速 ，轉向泵排量q，油液彈性模量盧，
液壓元件內部油液壓縮體積 ，泄漏系數R，轉向器活
塞面積A，轉向閥節流面積A d，
轉向器輸出力F．--p。A，
進入轉向器油量Qa=XA，
泵的排出壓力Pp= J AQpdt+p (0)， up
轉向閥外壓力Pa= 』△Q +p (0)， U a
轉向器移動速度Xa= 1 I ￡+ (0)，
』m J
泵的泄漏Q 尺 P。，轉向器泄漏Qo=R,p ，
溢流閥泄漏QI= P (p ≥10MPa)，
Qr=0(p ≤IOMPa)，
轉向閥流量Qp=Cet 1v／ ，
等效負載阻力 ；轉向器輸出力 ，
轉向閥I=I前后壓差△p ．
_P ，
泵腔容積壓縮流量△Qc=Qp__Q Qc，
轉向器容積壓縮流量AQp=Q_Q Qp--Q 。
3．2 系統參數的取值
參照大連液壓件廠的V20F轉向泵的各項性能參
數。現設定平衡式變量泵的轉速范圍為轉速為500~
3000r／min，工作壓力最大為p=IOMPa，排量q=22．1
mL／r。系統中轉向泵由于定差式溢流閥作用，設定恒
定輸出流量為Q輸出=24L／min。液壓動力轉向系統模
型各參數見表1。變量機構浮動塊體的參數已給出，另
將浮動槽的寬度設計為4．5mm，高度為6．0mm，厚度
22．0mm：轉子彈簧孔直徑為4．0mm。聯接彈簧的鋼絲
直徑設計為0．5mm。彈簧中徑設計為3．0mm。根據彈
簧的鋼絲直徑，將彈簧有效圈數設定為11圈。
Hvdraulics Pneumatics&amp;amp; Seals／No．10．2010
表1 液壓動力轉向系統仿真模型參數
名稱 參數
液壓油密度
元件油液壓縮體積
等效負載的總質量舊
轉向器內泄系數嘲
轉向泵內泄系數
轉向泵溢流閥膳
黏性阻力系數
轉向器液容系數
轉向泵液容系數
轉向閥節流孔流量系數”
閥口預開間隙的軸向長度
閥口預開間隙的寬度
閥芯與閥套的配合半徑
P-900kg／m
V=400mL
k／=／．=60kg
=6．5X 10 m3／(PaXS)
=O．5X 10 E／(PaXS)
=1×1O。。( ／s)／Pa
fi, =1．78×104 NS／m
C =O．6X10 Pa／(m3／s)
C。=O．5×10 Pa／(m3／s)
C =O．62
=O．018m
三=O．0005m
fi,：O．011m
4 葉片泵節能特性仿真研究
本文仿真中假定給方向盤施加一斜坡力矩，使其
產生0．5rad的轉角，發動機提供給轉向泵一斜率為l0
的斜坡上升速度，在2s內轉向泵從20r／s上升到40r／s，
轉向系統向系統執行元件轉向器輸出流量動態響應曲
線如下圖3所示。
圖3 轉速上升流量輸出仿真曲線1
由圖3可認為：在一段時間內轉速快速上升，系統
的響應速度較快，波動較小。進入執行機構的流量曲線
變化平穩且穩定在某一范圍內，保證轉向系統轉向時
的快速平穩。圖4是在其他參數完全相同，轉向泵轉速
為斜率5的斜坡上升速度，從15r／s勻速上升到25r／s
得到的系統向轉向器輸出流量動態響應曲線。與前一
個仿真對比，速度上升較緩。從仿真曲線的變化趨勢可
以看出，對于同一種變化情況當轉速變化較為平穩時，
系統的變化趨勢也平穩，流量的峰值及平穩值均隨速
度變化的增大而增大，這與系統的實際情況相符合。另
可通過仿真可知當其他仿真參數相同，降低轉向泵的
轉速，轉向系統向轉向器輸出流量動態響應曲線變化
趨勢與轉速上升過程仿真曲線基本一致。
圖4 轉速上升流量輸出仿真曲線2
t／s
圖5 變量機構不工作定差式溢流閥溢流量
圖5是與圖3仿真條件相同變量機構不工作無法
實現速度補償條件下轉向泵內溢流閥溢流量的仿真曲
線，隨著轉向泵轉速的線性上升，泵的輸出流量超過溢
流閥限定的最大輸出流量，溢流閥溢流的多余流量也
隨轉速的增加近似線性增加。圖6是轉向系統中轉向
泵為帶有變量機構的新型轉向泵，在2s內轉速從
圖6 變量機構工作定差式溢流閱溢溢流量
20r／s到40r／s上升過程中變量機構開始工作實現速度
補償后轉向泵定差式溢流閥溢流量的仿真曲線圖。隨
著轉速的增加，溢流量也隨之加大。但從仿真曲線的變
化趨勢可以看出。溢流量曲線不再是線性增加，而是曲
線的上升斜率不斷減小。比較圖5和圖6可以看出。相
同的條件下，相比較于無變量機構的轉向泵定差式溢
流閥溢流量，有變量機構實現補償作用時溢流量明顯
減少，而且溢流量下降的效果較明顯，達到了相同轉速
下減少溢流閥溢流量的目的。仿真結果表明安裝有變
量機構的轉向葉片泵由于有變量機構的速度補償作
用，可以有效減少溢流閥的溢流量，對于轉向系統中減
少多余流量造成的能量損失．解決液壓動力轉向系統
中由于多余流量的產生造成的很大能量損失的問題，
有一定的效果。
13
液壓氣動與密封／2010年第l0期
雙向動力單元集成式
液壓支腿在車載智能調平系統中的應用
陳玉霞 周志鴻1 梁上愚
(1一匕京科技大學土木與環境工程學院，北京 100083； 2．深圳凱卓立液壓設備有限公司，深圳518108)
摘 要：雙向動力單元在集成式液壓支腿調平系統中的應用不僅打破了由一個油源供應多條液壓支腿油缸的傳統模式。大大減少了液
壓油管的使用，消除了布管問題，可以自由選擇支撐點的個數與位置；而且相比單向動力單元更避免了方向控制閥的使用；簡化了閥塊
的設計；減輕了油源的體積和重量，方便了安裝，具有很大的實用價值。
關鍵詞：雙向動力單元；集成式；液壓支腿；智能調平
中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1008—0813(2010)10—0014—03
Application of Two—way Power Unit of Integrated Hydraulic
Outrigger in a Vehicle-carried Intelligent Levelling System
CHEN yM ZHOU Zhi—hong。LIANG Shang--yu
(1．Civil&amp;amp;Environment Engineering school of University of Science and Technology Beijing，
Beijing 100083，China； 2．Shenzhen Cadro Hydraulic Equipment Co．，Ltd，Shengzhen 518108，China)
Abstract： Two—way power unit used in integrated Hydraulic Outrigger Levelling System controls a outrigger cylinder by a oil
source，instead of the tranditional mode that one oil source supplies many cylinders．It can reduce the use of hydraulic tubing， eliminate
the piping problem， and choose the number and location of support points freely； And it can avoid the use of the
directional control valve，simply the design of the valve block，lighten the volume and weight and make it easy to instal1．The
system is quite practica1．
Key W ords：two-way power unit； integrated system；hydraulic outrigger；intelligent levelling
O 引言
目前，很多專用汽車，如大型采訪車、流動舞臺車
收稿日期：2010—05—17
作者簡介：陳玉霞(1984一)，女，北京科技大學2008級碩士研究生，車輛工
程專業；主要研究方向：液壓系統自動控制設計研究。
·+ + -——+一一—-f一一—— 一—·+一-+ -+ -+ 一—·+一一— 一-—●～
5 結論
本文介紹的新型轉向泵是一種速度補償平衡式葉
片泵，建立新型轉向泵理論流量輸出方程和液壓動力
轉向系統數學模型，應用仿真軟件對轉向系統向執行
機構輸出流量和轉向泵溢流閥溢流量進行仿真。結果
表明：新型轉向泵作為轉向泵具有很好的流量輸出特
性。在相同的條件下，變量機構工作后具有補償作用的
轉向泵內溢流閥的溢流量在數值上明顯低于不具有補
償作用葉片泵的溢流閥溢流量，而且溢流量下降的效
果較明顯。從而從理論上驗證了新型轉向泵基于速度
補償理論的可行性和良好的節能效果，為下一步進行
樣機試驗研究奠定了基礎。
參考 文 獻
【1】 張昕．1U功助力轉向助力特性的若干問題【D]．吉林大學，2003．
14
以及重載車輛等由于功能要求，往往都需要配備調平
系統。智能調平系統通過水平傳感器，控制液壓支腿的
伸出量，使車廂底面保持水平。目前的支腿系統都是采
用一個動力單元，以四點支撐系統為例：支腿液壓系統
控制采用一個油源分別為四個支腿供油，這種支腿系
[2】劉光松．液壓轉向助力系統能耗特性的分析[J]．山西機械，
2002，1 17(4)．
[3】陳磊，孫玉清，張銀東，紀玉龍．平衡式變量葉片泵研究【J】．機械
工程學報，2006，42(3)．
[4J 張再剛．高性能轎車轉向泵助力泵定子曲線的設計【D】．大連
輕工業學院碩士學位論文，2000．
【51 王力．節能型轉向泵的理論分析與研究【D】．太原理工大學，
2005．
【6】高翔，趙金才，王若平．液壓助力轉向系統的仿真分析【J】．江蘇
大學學報，2003，24(6)．
【7] 黎克英．葉片式液壓泵和馬達【M】．北京：機械工業出版社，
1993．
[8] 8 Eiichi Kojima． Development of a quieter．variable
dispacement vane pump for automotive hydraulic power
steering system[J]．International Journal of Fluid Power,
2003。4：5—14．

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