機(jī)油泵限壓閥閥芯對(duì)流量穩(wěn)定性的影響

王建春，周知進(jìn)，胡斌梁

（1.湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，湖南湘潭 411201；2.湖南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南湘潭 411201）

0 前言

流量的穩(wěn)定性是機(jī)油泵綜合性能的主要體現(xiàn)[1]，機(jī)油泵最常見的不穩(wěn)定性主要表現(xiàn)在流量突然降低，這種現(xiàn)象往往是由于限壓閥上的閥芯偏離正確配合面，閥芯不能正常復(fù)位而造成的。限壓閥是在整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)回路中，如果遇到壓力過高時(shí)，為保護(hù)回路中的儀表儀器及傳感設(shè)施不受損壞而自動(dòng)卸荷的裝置。限壓閥在汽車潤(rùn)滑系統(tǒng)中是一種過載保護(hù)裝置，其基本結(jié)構(gòu)有獨(dú)立式和內(nèi)置式兩種。為保證機(jī)油泵在正常供油情況下的穩(wěn)定性，以獨(dú)立式限壓閥居多，獨(dú)立式結(jié)構(gòu)不僅可減少機(jī)油泵本身的加工難度、提高加工精度，而且對(duì)回路油壓穩(wěn)定性有優(yōu)勢(shì)。許多限壓閥是裝在機(jī)油泵的出油管路中，其限壓閥閥芯目前一般采取球閥芯和錐閥芯兩種結(jié)構(gòu)型式。

目前國(guó)內(nèi)常見的機(jī)油泵限壓閥大都是錐面對(duì)錐面接觸達(dá)到密封的，這樣限壓閥閥體和閥芯的錐面部位加工難度較大，且兩者達(dá)到一致的難度較大；對(duì)彈簧兩端面的平行度要求也很高，且由于對(duì)中性差，閥體和閥芯的接觸面有時(shí)會(huì)出現(xiàn)橢圓與圓配合的現(xiàn)象，使密封性變差，造成部份機(jī)油泵限壓閥在工作時(shí)有滲漏現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)開啟壓力不穩(wěn)定等問題[2]。

而用鋼球做閥芯的限壓閥，鋼球是由按國(guó)標(biāo)GB/T308控制質(zhì)量的專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，其硬度高、球形誤差小、表面質(zhì)量與圓度等公差要求都能得到很好地保證。由于鋼球各方向都是圓的，具有自動(dòng)調(diào)心能力，對(duì)中性好，鋼球?qū)﹀F面的密封性好，泄壓后鋼球的復(fù)位性也好于錐面閥芯，因此機(jī)油泵限壓閥在工作時(shí)無滲漏現(xiàn)象、且開啟壓力較穩(wěn)定。

為了比較兩種閥芯限壓閥對(duì)開啟壓力波動(dòng)的影響，在湖南江濱機(jī)器集團(tuán)有限公司機(jī)油泵實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，獲得了許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 限壓閥芯接觸型式比較

圖1和圖2是使用圓柱圓錐面閥芯和使用鋼球閥芯時(shí)接觸面可能出現(xiàn)的情況分析。第一種情況，閥體錐面與閥芯錐面接觸式，若兩者軸線對(duì)中，則接觸面密封較好，如圖1（a）所示。當(dāng)兩者軸線由于各種原因?qū)е麻y芯復(fù)位時(shí)不能對(duì)中，則出現(xiàn)閥體圓面與閥芯橢圓面配合的情況出現(xiàn)，這樣就會(huì)造成液壓油泄漏增大，開啟壓力不穩(wěn)，如圖1（b）所示。

圖1 限壓閥錐閥芯正常與軸線偏離圖

而采用球閥芯的限壓閥，其特點(diǎn)是閥芯呈球形，具有自動(dòng)調(diào)心性，可以補(bǔ)償不同心度和閥體軸撓度兩者軸線造成的誤差，具有較好的接觸面密封性能。如圖2所示。

圖2 限壓閥球閥芯結(jié)構(gòu)圖

2 實(shí)驗(yàn)裝置

本研究試驗(yàn)系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 試驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)及管路

在發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中，機(jī)油壓力不穩(wěn)定的主要原因除了與油壓回路有關(guān)外，決定因素在于機(jī)油泵本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和齒部參數(shù)[4]，因此，本實(shí)驗(yàn)研究是在模擬發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑回路工況條件下進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)開始前由油箱中油溫加熱器將油溫加熱至80oC，機(jī)油泵通過調(diào)速電機(jī)直接帶動(dòng)，機(jī)油泵限壓閥安裝在機(jī)油泵出口處，接下來的管道中分別安裝有壓力傳感器、主油路限壓閥、流量計(jì)和調(diào)壓閥等。

每種閥芯的限壓閥采用了12個(gè)同型號(hào)限壓閥的進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)[3]，其中錐閥芯的編號(hào)為001～012，球閥芯的編號(hào)為020～031，其實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和數(shù)據(jù)如表1。

表1 錐形與鋼球閥芯對(duì)機(jī)油泵穩(wěn)定性的對(duì)比試驗(yàn)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表1和圖4可以看出，采用球閥芯限壓閥的開啟壓力始終在1.5 MPa附近微幅波動(dòng)，而采用錐閥的開啟壓力則波動(dòng)巨大。采用錐閥芯限壓閥開啟壓力均值為1.172 5 MPa，偏差為0.082 3，而采用球閥芯開啟壓力均值為1.515 MPa，偏差為2.454 5×10-4，從偏差數(shù)據(jù)可以得出錐閥芯限壓閥數(shù)據(jù)嚴(yán)重分散，而球閥芯開啟壓力則在均值附近有微小波動(dòng)。因此，無論在什么情況下采用鋼球都優(yōu)于錐芯，錐閥芯限壓閥基本上難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。對(duì)于車用動(dòng)力系統(tǒng)，機(jī)油壓力的穩(wěn)定致關(guān)重要，如果限壓閥出現(xiàn)問題，勢(shì)必導(dǎo)致供油特性變化[5-6]，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抱軸、燒瓦。機(jī)油泵保持流量穩(wěn)定性在設(shè)計(jì)生產(chǎn)限壓閥時(shí)應(yīng)該特別注意閥芯的問題。

圖4 兩種閥芯限壓閥開啟壓力對(duì)比曲線

4 結(jié)論

通過在湖南江濱機(jī)器集團(tuán)有限公司機(jī)油泵試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入分析，得出如下結(jié)論：機(jī)油泵的限壓閥閥芯型式對(duì)開啟壓力波動(dòng)具有重大影響，經(jīng)過球閥芯和錐閥芯的比較研究，采用鋼球的閥芯的壓力穩(wěn)定性比錐形好，所以采用鋼球作為閥芯對(duì)保持機(jī)油泵的流量穩(wěn)定有很重要的意義。

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