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汽車轉向泵的設計規(guī)范
1 范圍
本規(guī)范規(guī)定了柴油機轉向泵及轉向系統(tǒng)配套設計參數的選擇及注意事項。
本規(guī)范適用于各型柴油機轉向泵的配套開發(fā)設計。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過本規(guī)范的引用而成為本規(guī)范的條款。凡是不注日期的引用文件,其最新版本適用于本規(guī)范。
Q/YC 711.1 轉向油泵設計規(guī)范
《機械設計手冊》 第5冊液壓系統(tǒng)設計部分
3 動力轉向系統(tǒng)配套設計步驟
3.1 調查汽車在超載運營時的前橋載荷(雙前橋轉向時需要調查雙橋載荷之和);
3.2 調查汽車廠助力方向機的規(guī)格,根據經驗,前橋載荷p≤ 5500kg時可選擇d=100mm缸徑助力方向機,其它載荷可以根據P/5500 = d2/1002進行計算,助力方向機的缸徑系列為70mm、80mm、90mm、100mm、110mm等,助力方向機缸徑選擇過小會使助力轉向液壓系統(tǒng)容易產生故障。
3.3核算助力方向機流量需求,確定安全壓力。保證有足夠的助力性能,在典型路面(非水泥路面、土路、鄉(xiāng)村公路)上,汽車按實際最高載重量,原地打方向時方向機進油壓力為7~13MPa。低于7MPa可以考慮減小方向機油缸直徑,高于13MPa時應考慮加大轉向器油缸直徑。核算方法見附一。
方向機最高壓力限制(安全壓力):按典型公路重載原地轉向時測試壓力除以0.85,建議不要超過15MPa,一般建議使用12~13MPa安全壓力,安全壓力越高可靠性越差。
前橋載荷
方向機型號及主要性能參數
轉向泵流量要求
入口端所需提供的轉向泵壓力要求
P
Qmax
P1
3.4 確定轉向泵在發(fā)動機上的安裝位置及進出油口位置,給出一個尺寸范圍,這樣轉向泵廠家方便設計性能更好的轉向泵。
3.5將轉向泵安裝連接尺寸、進出油口位置尺寸、方向機流量需求及安全壓力提交轉向泵生產廠家,轉向泵生產廠家根據提供的參數要求設計匹配的轉向泵。
4 動力轉向泵的配套參數選擇:
4.1 動力轉向泵的最大壓力:
考慮從轉向泵的出口到方向機的進口之間的管路損失,在選擇轉向泵的最大壓力時,應使轉向泵的最大壓力:PP=
P1+△P
P1 為方向機的最大壓力;△P為管路損失,一般取(0.3-0.5)MPa,如果壓力已經很高,轉向卻依然沉重,只能是加大缸徑。如果壓力PP<P1,必然會轉向沉重或是打不動方向盤。
動力轉向泵應有可靠的壓力裝置,任何情況下,輸出壓力不能高于其許可的最大工作壓力。若該輸出接口用來驅動其他附件,應得到相關部門審查認可。
4.2 動力轉向泵的控制流量 Qp:
一般取Qp≥(1.05-1.1)Qmax.
Qmax 為方向機所需的最大流量.
4.3 動力轉向泵的公稱排量:
根據怠速時(轉向泵轉速一般為650-750r/min),方向機所需的流量,選擇轉向泵的排量,低速時(轉向泵轉速一般在1200r/s以下)轉向泵輸出的流量與排量之間的關系為:
Q=qt* n 其中 qt 為泵的理論排量;n 為怠速時轉向泵的轉速。
轉向泵的排量過小,容易出現(xiàn)怠速時轉向沉重,排量過大,系統(tǒng)容易發(fā)熱。
4.4對應發(fā)動機特征轉速下的轉向泵實際流量要求(怠速,最大扭矩轉速,標定轉速)。
5 進、出油管的選擇:
5.1管路材料的選擇:油管可以是軟管、鋼管或混合式。軟管又分為高壓鋼絲編織耐油軟管、高壓耐油塑料軟管及低壓簾線編織耐油軟管;鋼管為高壓無縫鋼管,材料一般為20鋼或08F鋼。
對于油管和選用,無論是鋼管、耐油膠管或塑料管,都必須根據系統(tǒng)的工作壓力進行選用。建議不采用高壓鋼絲編制耐油軟管,避免因溫升膨脹而縮小管路內徑,最好采用高壓鋼管。
5.2 管路內徑的選擇:
管路內徑的選擇:根據管道內的流速,確定管道內徑尺寸,允許流速的推薦值為:
1) 液壓泵吸油管道:0.5~1.5 m/s.一般取1 m/s以下。
2) 液壓系統(tǒng)壓油管道:3~ m/s.壓力高時取大值。
3) 液壓系統(tǒng)回油管道:1.5~2.5 m/s。
管道內徑與流量、流速的關系式為:
d=(4Q/πv)0.5
其中d為管道內徑,Q為通過管道的流量,v為管道內液流平均流速。
管路內徑經驗值,可以參照下表:
轉向泵控制流量
進油管路最小通徑
出油管路最小通徑
8L/min
φ8
φ5
11.5L/min
φ10
φ6
15L/min
φ11
φ7
16L/min
φ11.2
φ7.2
20L/min
φ13
φ8
以上管路內徑是管路長為500mm時的經驗值,當管路每增加△l=500mm 時,管路內徑增加△d=2mm。
配套時保證管路密封合格,進油管漏氣漏水時會使液壓油變質,這一點很容易被忽視。管路直徑不能過小,進油管口徑過小時會引起吸空,產生氣穴現(xiàn)象,出油管直徑過小時會產生阻尼,引起系統(tǒng)壓力升高,系統(tǒng)可靠性變差。
5.3 方向機及進出油管必須保持清潔,不允許有鐵屑、鐵銹等雜質。
6 轉向泵接頭的選擇:
6.1 轉向泵和方向機的進出油口應用專用的液壓接頭,配套時注意接頭通道面積,應達到管路最小管徑面積要求。
6.2接頭盡量采用O型密封圈密封形式,接頭在連接時不允許涂密封膠。接頭密封形式和轉向泵進、出油口的密封形式相匹配,角度密封的選擇O型圈密封形式,端面密封的轉向泵接頭采用復合密封墊圈+銅螺母的密封形式。
7 儲油罐的選擇:
7.1 儲油罐容積選擇:考慮系統(tǒng)的供油、散熱、油中雜質的沉淀等,一般取油箱的容量:
V=(0.15—0.2)Q1。
Q1為轉向泵的最大輸出流量。
7.2儲油罐的散熱能力:一般希望轉向系統(tǒng)的油溫控制在80℃以下。如果油溫超過88℃,液壓油將很快變質:形成碳化物,液壓油失去潤滑功能,轉向泵將急劇磨損,造成轉向沉重;析出膠狀物質,堵塞阻尼孔或卡滯控制閥,使整個動力轉向系統(tǒng)失效。油溫過高,還將使整個系統(tǒng)中的密封件加快老化,密封不良而造成漏油。在大流量及高壓力的轉向系統(tǒng)中,儲油罐的散熱已經不能保證油溫在80℃以下了,這時須附加專門的散熱系統(tǒng)。
7.3轉向系統(tǒng)一般采用回油過濾方式,根據系統(tǒng)管路工作壓力、過濾精度、流通能力選擇濾油器。汽車轉向系統(tǒng)中,過濾精度一般取10-20μm,壓力損失小于0.1MPa。如采用進油過濾,其銅絲網目數一般在100~180目之間。
7.3液壓轉向泵為葉片泵時,其自吸能力較差,應注意液壓油罐的正確安裝位置,要求油罐出油口位置高于液壓轉向泵進口20mm以上,同時管路盡可能避免轉彎,如不可避免時,轉彎角度和轉彎半徑應盡可能大,避免管路的壓力損失。
7.4在儲油罐中,建議設有壓差信號發(fā)生器及安全閥。壓差信號發(fā)生器是在過濾器堵塞時,把信號傳遞到駕駛室,提醒司機該換濾芯及更換液壓油了;安全閥是在濾芯堵塞時,使油從旁路流過,從而保證行駛安全。
8 油品的選擇:
8.1在夏季,全國均可用HM-46或HM-32抗磨液壓油;在冬季,長江以南仍可用HM-46或HM-32抗磨液壓油,在長江以北,可以使用HV-32或HV-46低溫抗磨液壓油;對于8號液力傳動油或8號及10號航空液壓油,一年四季中在全國各地均可使用,但價格較貴。禁止型號不一致油液混用
8.2 加注油料時必須經過轉向系統(tǒng)油罐上的過濾網過濾,禁止油液不經過過濾直接加入轉向系統(tǒng)油罐中。
8.3油量加注必須在油罐標尺規(guī)定的兩刻度線之間。油量加注后啟動發(fā)動機3~5min,檢查補加油料至規(guī)定標尺刻度線。過多,發(fā)動機啟動后油易溢出,既造成浪費又破壞車容;過少,易造成轉向葉片泵燒蝕。
9 轉向泵布置時要考慮泵體內不能有存留空氣,必要時采取排氣措施。
轉向系統(tǒng)排空氣,一般在轉向泵的出油口處排空氣即可,具體方法是在發(fā)動機不轉動時,擰松出油接頭,待有油漏出來后再擰緊,這時起動發(fā)動機,左右扳動方向盤,空氣便全部被排到儲油罐中,通過呼吸器排到空氣中。
附一:助力方向機參數校核
1.轉向力矩計算:
· Mr=[f×(G 13÷P)1/2]÷3
· Mr-----在瀝青或混凝土路面上的原地轉向阻力矩,N.mm;
· f--------輪胎與地面間的滑動摩擦系數,取0.7;
· G1-----轉向軸負荷,N;
· P-------輪胎氣壓,MPa;
2.壓力計算
· M=[P×(S0-S1)×RF] 或P=M÷[ (S0-S1)×RF]
· P-------油泵的最大工作壓力,MPa;
· M------動力轉向器輸出扭矩,N.m;
· S0------油缸工作面積,㎡;
· S1------螺桿外徑所占面積,㎡ ;
· RF------扇形齒分度圓半徑,m。
3.流量需求計算:
· Q=(1. 5~2)×60ntS/K
· n—汽車方向盤最大瞬時轉速(轉/秒),轎車取1.5r/S, 其它車輛取1.25r/S;
· t---助力方向機絲桿螺距;
· S---助力方向機油缸實際工作面積;
· K---助力方向機效率系數(泄漏系數)。
· 1.5~2---經驗系數,可能與制造水平有關
另外一種算法:
· 理論流量為Q1,允許泄漏量為Q2,流量需求Q計算如下:
· Q1 =60ntS
· Q=(1.5~2) Q1 + Q2
以上參數在配套過程中一般由整車廠提供,公式是一般經驗公式。
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