【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 3）對(duì)現(xiàn)有中位開(kāi)式、閉式液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行能耗分析。 （ 4）研究變頻閉式液電動(dòng)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)。 （ 5） 轉(zhuǎn)向泵的三維 實(shí)體建模。 XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 2 研究電控液壓助力轉(zhuǎn)向 系統(tǒng) (EHPS)的特點(diǎn)和工作原理 EHPS 系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理 系統(tǒng)構(gòu)成：電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)是在液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是將電機(jī)與液壓動(dòng)力電動(dòng)泵、齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器、轉(zhuǎn)向控制閥、電控單元等集成在一起的一種轉(zhuǎn)向技術(shù)。它的結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 圖 21 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成圖 系統(tǒng)工作原理 :首先控制器實(shí)時(shí)的根據(jù)角度傳感器和車速傳感器等的信號(hào)計(jì)算出合適的電機(jī)轉(zhuǎn)速，并調(diào)節(jié)電機(jī)達(dá)到該合適轉(zhuǎn)速 。在電機(jī)帶動(dòng)下，液壓泵將高壓油從出油孔泵出通過(guò)出油管進(jìn)入轉(zhuǎn)向閥，當(dāng)有轉(zhuǎn)向操作時(shí)，轉(zhuǎn)閥閥芯和閥套產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致高壓油進(jìn)入其中一個(gè)油缸 (如左缸 )，使左右油缸產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生助力一個(gè)油缸 (如右缸 )的低壓油被壓出來(lái)回流入液壓泵。圖中深色管為 XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 高壓油色管為低壓油。當(dāng)無(wú)轉(zhuǎn)向操作時(shí)，高壓油不進(jìn)入油缸，直接回流入液壓泵【 4,5】 。 EHPS 系統(tǒng)分類和特點(diǎn) 電動(dòng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)閥的不同分為中位開(kāi)式和中位閉式。中位開(kāi)式工作系統(tǒng)的組成如圖 221 所示。轉(zhuǎn)向閥中位有預(yù)開(kāi)量，不轉(zhuǎn)向時(shí)，來(lái)自轉(zhuǎn)向液壓泵的液壓油經(jīng)過(guò)槽和槽脊之間的間隙 (預(yù)開(kāi)口 )、閥芯上的徑向孔流回油箱，因此也被稱為常流式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。轉(zhuǎn)向液 壓泵通常由發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) (亦可由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) )。中位開(kāi)式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、液壓泵壽命長(zhǎng)和轉(zhuǎn)向手感好。 圖 221 中位開(kāi)式 EHPS系統(tǒng) 中位閉式轉(zhuǎn)向系統(tǒng)如圖 14 所示。當(dāng)方向盤處于不轉(zhuǎn)向的中間位置時(shí)，轉(zhuǎn)向閥的進(jìn)出油口關(guān)閉。液壓回路中裝有蓄能器，當(dāng)蓄能器中的壓力低于某一位時(shí)，卸荷閥關(guān)閉，液壓泵向蓄能器供油 。當(dāng)蓄能器中的壓力達(dá)到另一較高值時(shí)，卸荷閥打開(kāi)，液壓泵停止向蓄能器供油。由于蓄能器中總保持一定的工作壓力，所以也被稱為常壓式轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)。 中位閉式轉(zhuǎn)向系統(tǒng) 最大的優(yōu)勢(shì)在于，在非轉(zhuǎn)向工況下，系統(tǒng)幾乎不消耗原電動(dòng)機(jī)的能量，而在液壓泵不運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，系統(tǒng)保持一定的轉(zhuǎn)向能力，這些將在第四章分析。 XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 EHPS 系統(tǒng)與其它轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的比較 傳統(tǒng)液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)由于由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)向油泵，在不轉(zhuǎn)向或轉(zhuǎn)向時(shí)都要消耗發(fā)動(dòng)機(jī)部分動(dòng)力。由于動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)要求轉(zhuǎn)向油泵的流量如圖 231 所示，要求隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高所要求轉(zhuǎn)向油泵的流量保持不變或下降。因此，在高速時(shí)，轉(zhuǎn)向油泵內(nèi)大部分流量通過(guò)溢流閥返回，在轉(zhuǎn)向油泵內(nèi)循環(huán)，造成轉(zhuǎn)向油泵發(fā)熱，更重要的是造成能源浪費(fèi)，不符合汽車節(jié)能要求， 也不符合汽車對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求，能耗對(duì)比如圖 232。 圖 231 轉(zhuǎn)向泵流量特性曲線圖 圖 232 能量消耗比 EHPS系統(tǒng)可根據(jù)轉(zhuǎn)向需求提供不同的轉(zhuǎn)向力，滿足汽車對(duì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的要求。在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)，電動(dòng)泵提供較大的流量，而在高速時(shí)，按轉(zhuǎn)向要求，使其流量有所下降。亦即在低速行駛時(shí)，駕駛員需較小的轉(zhuǎn)向操縱力就能靈活地進(jìn)行轉(zhuǎn)向，而在高速轉(zhuǎn)向時(shí)，使操縱力逐漸增大，優(yōu)化了轉(zhuǎn)向操縱，提高了駕駛員舒適性和轉(zhuǎn)向靈活性，又克服了轉(zhuǎn)向“發(fā)飄”感覺(jué)，使駕駛員操縱時(shí)有顯著的“路感”，保證在高速 行駛時(shí)的穩(wěn)定性和安全感。 另外， EHPS 系統(tǒng)將電機(jī)、控制器、液壓泵集成在一起降低了占用空間，安裝比較輕便?？刂破骶哂锌删幊绦?，可根據(jù)不同車型或個(gè)人喜好調(diào)節(jié)系統(tǒng)的性能，有較好的可移植性。 綜上所述， EHPS 系統(tǒng)相對(duì) HPS 系統(tǒng)具有如下特點(diǎn) : 1) 采用變頻電機(jī)，降低了能源損耗。 2) 結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝。 3) 具有可編程的助力特性，性能便于調(diào)試，能得到舒適的轉(zhuǎn)向路感。 XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 4) 提高了可控性，可靠性，具有更好的安全性。 5) 與傳統(tǒng)的葉片泵相比，采用齒輪泵的 EHPS 系統(tǒng)泵油效率提高。 6) 維護(hù)方 便。 7) 具有較高的性能價(jià)格比。 XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 3 轉(zhuǎn)向泵的流量和壓力特性的分析和設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)向泵的流量特性分析 轉(zhuǎn)向泵的性能對(duì)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的正常工作具有至關(guān)重要的作用，尤其是其輸出流量特性更是一項(xiàng)重要指標(biāo)。 單作用葉片泵的輸出流量可隨負(fù)載壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，具有節(jié)省功率、減少油液發(fā)熱、可簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，因此本文節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵采用單作用葉片泵。但不足之處是單作用葉片泵的流量脈動(dòng)比雙作用葉片泵的要大。因此對(duì)單作用葉片泵流量特性的研究并采取有效措施最大限度地降低流量脈動(dòng)就成為節(jié)能型 轉(zhuǎn)向泵研究的首要工作?，F(xiàn)有的理論普遍認(rèn)為單作用葉片泵相鄰葉片，奇數(shù)葉片數(shù)的流量脈動(dòng)要比偶數(shù)葉片數(shù)的小。所以在降低流量脈動(dòng)方面的研究也主要針對(duì)奇數(shù)葉片數(shù)進(jìn)行。結(jié)果表明 :當(dāng)預(yù)升壓幅角和偏轉(zhuǎn)角之和小于葉片夾角的一半且葉片數(shù)為偶數(shù)時(shí)，單作用葉片泵的流量脈動(dòng)最小 。得出了流量脈動(dòng)頻率與葉片數(shù)的奇偶性無(wú)關(guān)的結(jié)論 【 6】 。 理想狀態(tài)下節(jié)能型轉(zhuǎn)向泵的瞬時(shí)流量特性分析 單作用葉片泵的工作原理如圖 321 所示，主要由 和兩側(cè)的配流盤組成。 圖 321 單作用葉片泵的工作原理 XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖中 /2??? 01 4?? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，即兩相鄰葉片間夾角的一半。在配油腰槽間隔角等于葉片間夾角 (即圖中 01 0?? ， 02 0?? ， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。錯(cuò)誤 !未找到引用源。 )，且不考慮油液可壓縮性的理想狀況下，設(shè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。葉片 Ⅰ , Ⅱ所掃過(guò)的容積差為 dv ，表達(dá)為 : dv = 2B ? ( 2212??? )? d? （ 31） 此時(shí)在忽略泄漏的情況下，泵的瞬時(shí)流量完全決定于工作腔幾何空間變化率，其表達(dá)式為 : 2212()sh dvQ B ndt ? ? ?? ? ? ? ? （ 32） 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中 :B轉(zhuǎn)子的軸向?qū)挾?。n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 。 1? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 葉片Ⅰ的矢 徑 。 2? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 葉片Ⅱ的矢徑 。取圖 31 中坐標(biāo)系 oxy，相對(duì) ox軸轉(zhuǎn)角為 i? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，葉片的矢徑 (見(jiàn)圖 321)的表達(dá)式為 : 圖 321 矢徑 ? 與轉(zhuǎn)角 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的關(guān)系 22c o s ( sin )iie R e? ? ?? ? ? ? ? 按牛頓二項(xiàng)式展開(kāi)，忽略 高次小量得 : 22c os sin /iiR e e R? ? ?? ? ? ? ? 對(duì)上式平方，可得 : 2 2 22 c o s c o s 2iiR e R e? ? ?? ? ? ? ? ? ? （ 33） XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 記葉片Ⅰ相對(duì)于 oxy 軸的轉(zhuǎn)角為 ? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ,從 0?? 開(kāi)始計(jì)時(shí)，理想狀況下單作用葉片泵的瞬時(shí)流量公式為 : 葉片為奇數(shù)時(shí) 1)當(dāng) 0 ???? 時(shí)， [ 2 c o s ( / 2 ) c o s ( / 2 ) s in ( 2 ) s in ]sh eQL R? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 34）2)當(dāng) 2? ? ??? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)， [ 2 c o s ( 3 / 2 ) c o s ( / 2 ) s in ( 2 3 ) s in ]sh eQL R? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 35） 式中 L B e R?? ? ? ? ，當(dāng)泵的參數(shù)選定后， L 為一常數(shù)。 葉片為偶數(shù)時(shí) 1)當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到 引用源。 時(shí)， 2 cosshQL???? （ 36） 2)當(dāng) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 時(shí)， 2 c os( 2 )shQL ??? ? ? ? （ 37） 葉片泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù) :定子內(nèi)半徑 R=26mm, 最大偏心距 max mm? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，定子寬度 B=，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n =700r/min。從中我們可以看出理想狀況下，奇數(shù)葉片數(shù)的流量脈動(dòng)頻率為 /2Z ? ；偶數(shù)葉片數(shù)的流量脈動(dòng)頻率為 /Z? 相鄰葉片數(shù)，葉片數(shù)為奇數(shù)的流量脈動(dòng)幅值要比偶數(shù)的小。這也正是目前大多文獻(xiàn)普遍認(rèn)可的結(jié)論 【 6,7,8】 。 卸荷槽引起的回沖流量特性 在預(yù)升壓區(qū)內(nèi)，排油腔的高壓油通過(guò)卸荷槽向密閉油液回沖流量， 這種回沖流量是負(fù)流量，使葉片泵的瞬時(shí)流量減小。預(yù)卸壓區(qū)的卸荷槽對(duì)葉片泵瞬時(shí)流量并無(wú)影響，因此我們這里不對(duì)預(yù)卸壓區(qū)的卸荷槽進(jìn)行研究。 預(yù)升壓卸荷槽的流量為。 ? ?( ) 2 ( ) /dsQ C A P P? ? ?? ? ? ? ? （ 38）流過(guò) 截面的面積 ? ?A? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的表達(dá)式為： XX學(xué)院 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 ? ? 22m in 1 1 1 2sin ( / 2 )A S R tg tg? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? （ 39） 式中 : dC 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 卸荷槽的流量系數(shù)； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 油液的密度； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 排油腔壓力； ()A? 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 卸荷槽的過(guò)流面積 。 P 預(yù)升壓區(qū)工作腔中油液壓力。 將式 (38)代入式 (39)可得 : ? ? 221 1 1 2si n ( / 2 ) 2 ( ) /s d sQ C R tg tg P P? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ?