一種實(shí)現(xiàn)恒流功能的齒輪泵

郭帥

（徐州科源液壓股份有限公司，江蘇徐州 221116）

0 引言

眾所周知，汽車(chē)轉(zhuǎn)向助力泵的作用是減輕司機(jī)操作強(qiáng)度、提高整車(chē)的操控性能、確保轉(zhuǎn)向安全及保障車(chē)輛在行駛過(guò)程中駕駛員的轉(zhuǎn)向手感，因此在正常行駛時(shí)汽車(chē)轉(zhuǎn)向器動(dòng)力系統(tǒng)工作流量保持穩(wěn)定，不隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化。如果出現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的液壓油流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高而流量增大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向盤(pán)發(fā)飄的現(xiàn)象[1]。

齒輪泵作為液壓系統(tǒng)中的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體能，以驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)中的各執(zhí)行元件，使得各執(zhí)行元件按設(shè)計(jì)要求實(shí)現(xiàn)各自的功能。然而，我們知道齒輪泵泵體內(nèi)是由1對(duì)相同模數(shù)、相同齒數(shù)的齒輪組成，當(dāng)齒輪不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸油腔不斷吸油，壓油腔不斷壓油。也就是說(shuō)齒輪泵的齒輪旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)一周所排出的油液體積是一定的。即齒輪泵是定量泵，排量不可調(diào)整，流量隨原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的增加而線性增加[2]。因此傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)齒輪泵流量會(huì)隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，不具有恒流功能，運(yùn)用到汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高而流量增大，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏的現(xiàn)象發(fā)生。為了避免出現(xiàn)這種情況，我們?cè)O(shè)計(jì)出了具有恒流功能的齒輪泵，該齒輪泵在限制轉(zhuǎn)速內(nèi)油泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增大，但是在限制速度以上油泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加而不明顯增長(zhǎng)。齒輪泵的該工作特性是齒輪泵中的流量控制閥自動(dòng)起作用形成的。

1 傳統(tǒng)齒輪泵的工作原理

傳統(tǒng)的齒輪泵泵體齒輪的2個(gè)端面靠浮動(dòng)側(cè)板密封。泵體、浮動(dòng)側(cè)板和齒輪的各齒槽組成了密封的容積。兩齒輪沿齒寬方向的嚙合線把密閉容積分成吸油腔和壓油腔兩部分，且在吸油和壓油過(guò)程中彼此互不相通。當(dāng)齒輪按圖1中箭頭方向旋轉(zhuǎn)，右側(cè)油腔由于輪齒逐漸脫開(kāi)，使右側(cè)密封容積增大，形成局部真空，油壓在大氣壓的作用下，從油箱經(jīng)過(guò)油管被吸到右邊油腔，充滿(mǎn)齒槽，隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)被帶到左邊。再看左側(cè)的油腔，由于齒輪逐漸進(jìn)入嚙合，使左側(cè)密封的容積逐漸減小，齒槽中的油液受到擠壓，從排油口排出[3]。

圖1 齒輪泵的工作原理

當(dāng)齒輪不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，吸油腔不斷吸油，壓油腔不斷壓油。正是由于齒輪在嚙合時(shí)引起的左右腔容積大小的變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和排油這一過(guò)程。

齒輪泵在排量一定的情況下，其輸出的流量和轉(zhuǎn)速成正比，即齒輪泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加而呈線性增加。因此傳統(tǒng)的齒輪泵如果用在汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)上，會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速提高而流量增大，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)向過(guò)于靈敏。

由于齒輪泵自身具有許多優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)格便宜、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗污染能力強(qiáng)等，基于以上原因我們?cè)O(shè)計(jì)出了具有恒流功能的齒輪泵，該齒輪泵在限制轉(zhuǎn)速內(nèi)油泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增大，但是在限制速度以上油泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加而不明顯增長(zhǎng)。

2 實(shí)現(xiàn)恒流功能齒輪泵的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)汽車(chē)轉(zhuǎn)向器動(dòng)力系統(tǒng)在正常行駛時(shí)的系統(tǒng)液壓油工作流量保持穩(wěn)定，我們組織開(kāi)發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊且具有恒流功能的泵閥一體式齒輪泵[4]。

齒輪泵結(jié)構(gòu)如圖2所示，閥蓋1與泵體10配合將閥套8固定在泵體10內(nèi)，閥套8內(nèi)設(shè)置有主閥閥芯11，主閥閥芯11內(nèi)設(shè)置有小閥芯12；閥套8的內(nèi)圓柱面與主閥閥芯11的外圓柱面相配合。閥套8的外圓柱面和泵體10的內(nèi)圓柱面配合；閥套8外圓柱面上開(kāi)的2個(gè)矩形密封槽內(nèi)的O形密封圈Ⅱ7和O形密封圈Ⅲ9與泵體10的內(nèi)圓柱面徑向密封。閥蓋1內(nèi)壁設(shè)有內(nèi)螺紋，該內(nèi)螺紋與泵體10的外螺紋配合；閥蓋1內(nèi)壁還開(kāi)有矩形密封槽，放置O形密封圈Ⅰ6實(shí)現(xiàn)徑向密封。閥蓋1內(nèi)端面上安裝有彈簧限位墊圈2。

圖2 恒流泵結(jié)構(gòu)圖

閥套8上垂直于直徑方向開(kāi)有多個(gè)圓形通透孔通道e；主閥閥芯11底部徑向開(kāi)有多個(gè)圓形通孔b及階梯形圓形孔a，主閥閥芯11上垂直于直徑方向開(kāi)有多個(gè)圓形通透孔通道c；小閥芯12一側(cè)開(kāi)有螺旋形溝槽d，小閥芯12另一側(cè)設(shè)有外螺紋。主閥閥芯11的內(nèi)圓孔柱面與小閥芯12開(kāi)有螺旋形溝槽d一側(cè)的外圓柱面相配合。

齒輪泵中，彈簧座13穿過(guò)小閥芯12一側(cè)螺紋桿，使彈簧座13大端面一側(cè)與主閥閥芯11內(nèi)孔端面貼合；定位銷(xiāo)14通過(guò)彈簧座13及主閥閥芯11上的銷(xiāo)孔，使彈簧座13與主閥閥芯11連為一體。彈簧座13的一端安裝有小彈簧5；調(diào)節(jié)螺母4通過(guò)小閥芯12螺紋桿一側(cè)壓在小彈簧5的另一側(cè)。彈簧座13安裝有小彈簧5的一側(cè)還裝有1個(gè)大彈簧3。

從泵腔來(lái)的壓力為P1的壓力油通過(guò)圓形通孔b后，一部分經(jīng)圓形通透孔通道e孔和圓形通透孔通道g流回泵內(nèi)低壓腔，一部分經(jīng)節(jié)油口（即階梯形圓形孔a）到出油口供執(zhí)行元件形成出油壓力P2，且P1＞P2。出油口有P2作用，還有大彈簧3的彈簧力Ft1，二者合力與主閥閥芯11左端的液壓力P1及液壓油流經(jīng)溢流閥口的液動(dòng)力相平衡，很顯然節(jié)流閥前后壓力差ΔP=P1-P2。當(dāng)執(zhí)行元件負(fù)載增大時(shí)，溢流節(jié)流閥的出油口壓力P2增大，于是作用在溢流閥芯右端的液壓力增大，主閥閥芯11原來(lái)的受力平衡受到破壞，主閥閥芯11向左移動(dòng)，溢流開(kāi)口圓形通透孔通道e截面積減少。隨著溢流阻力增大，導(dǎo)致泵高壓腔壓力P2隨之增大，溢流仍保持原來(lái)的流量，經(jīng)節(jié)流后的流量也自然保持原來(lái)的流量，即彈簧位置調(diào)定后，泵出油口流量不變。

此泵溢流閥中還平行安裝1個(gè)安全閥，調(diào)整小閥芯12上的調(diào)節(jié)螺母4，調(diào)節(jié)螺母4直接作用在小彈簧5上，使小閥芯12把油口（即圓形通透孔通道c）全部封閉。此時(shí)小閥芯12左右兩端的壓力雖然相等（F左=F右），但受壓面積不等，因而左側(cè)的液壓力F1等于右側(cè)的液壓力F2和小彈簧5的力F2的合力。如果P2超過(guò)調(diào)定壓力，左側(cè)的液壓力大于右側(cè)的合力，小閥芯12向左移動(dòng)，圓形通透孔通道c被打開(kāi)，液壓油f經(jīng)圓形通透孔通道c、圓形通透孔通道e泄掉，壓力P2又恢復(fù)到調(diào)定值，保證壓力不變。由于主閥閥芯11左右移動(dòng)的距離很小，不論怎樣移動(dòng)，都能確保充分溢流。

如果流量不在設(shè)定的范圍內(nèi)，則更換彈簧限位墊圈2，可以多次嘗試，直至達(dá)到要求。

如果安全閥不符合要求，調(diào)節(jié)小閥芯12上的調(diào)節(jié)螺母4，直至達(dá)到要求。具體調(diào)節(jié)方法如下：如提前卸荷，則擰緊調(diào)節(jié)螺母4；如滯后卸荷，則擰松調(diào)節(jié)螺母4。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上設(shè)計(jì)把溢流節(jié)流閥巧妙地集成在齒輪泵上，實(shí)現(xiàn)了泵閥一體式結(jié)構(gòu)，有效節(jié)省了空間；該齒輪泵在限制轉(zhuǎn)速內(nèi)油泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而增大，但是在限制速度以上油泵的流量隨發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速增加而不明顯增長(zhǎng)。齒輪泵的該工作特性是齒輪泵中的流量控制閥自動(dòng)起作用形成的。

目前我公司生產(chǎn)的該泵閥一體式齒輪泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用在汽車(chē)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動(dòng)力源；該齒輪泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較方便，有效降低了成本。該泵已經(jīng)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械和工業(yè)車(chē)輛的液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，提供恒定流量，保證系統(tǒng)安全、可靠、穩(wěn)定地工作。