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汽車(chē)轉(zhuǎn)向泵的設(shè)計(jì)規(guī)范
1 范圍
本規(guī)范規(guī)定了柴油機(jī)轉(zhuǎn)向泵及轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇及注意事項(xiàng)。
本規(guī)范適用于各型柴油機(jī)轉(zhuǎn)向泵的配套開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)。
2 規(guī)范性引用文件
下列文件中的條款通過(guò)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(zhuǎn)向油泵設(shè)計(jì)規(guī)范
《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 第5冊(cè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)部分
3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)配套設(shè)計(jì)步驟
3.1 調(diào)查汽車(chē)在超載運(yùn)營(yíng)時(shí)的前橋載荷(雙前橋轉(zhuǎn)向時(shí)需要調(diào)查雙橋載荷之和);
3.2 調(diào)查汽車(chē)廠(chǎng)助力方向機(jī)的規(guī)格,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),前橋載荷p≤ 5500kg時(shí)可選擇d=100mm缸徑助力方向機(jī),其它載荷可以根據(jù)P/5500 = d2/1002進(jìn)行計(jì)算,助力方向機(jī)的缸徑系列為70mm、80mm、90mm、100mm、110mm等,助力方向機(jī)缸徑選擇過(guò)小會(huì)使助力轉(zhuǎn)向液壓系統(tǒng)容易產(chǎn)生故障。
3.3核算助力方向機(jī)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(chē)按實(shí)際最高載重量,原地打方向時(shí)方向機(jī)進(jìn)油壓力為7~13MPa。低于7MPa可以考慮減小方向機(jī)油缸直徑,高于13MPa時(shí)應(yīng)考慮加大轉(zhuǎn)向器油缸直徑。核算方法見(jiàn)附一。
方向機(jī)最高壓力限制(安全壓力):按典型公路重載原地轉(zhuǎn)向時(shí)測(cè)試壓力除以0.85,建議不要超過(guò)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(jī)型號(hào)及主要性能參數(shù)
轉(zhuǎn)向泵流量要求
入口端所需提供的轉(zhuǎn)向泵壓力要求
P
Qmax
P1
3.4 確定轉(zhuǎn)向泵在發(fā)動(dòng)機(jī)上的安裝位置及進(jìn)出油口位置,給出一個(gè)尺寸范圍,這樣轉(zhuǎn)向泵廠(chǎng)家方便設(shè)計(jì)性能更好的轉(zhuǎn)向泵。
3.5將轉(zhuǎn)向泵安裝連接尺寸、進(jìn)出油口位置尺寸、方向機(jī)流量需求及安全壓力提交轉(zhuǎn)向泵生產(chǎn)廠(chǎng)家,轉(zhuǎn)向泵生產(chǎn)廠(chǎng)家根據(jù)提供的參數(shù)要求設(shè)計(jì)匹配的轉(zhuǎn)向泵。
4 動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的配套參數(shù)選擇:
4.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的最大壓力:
考慮從轉(zhuǎn)向泵的出口到方向機(jī)的進(jìn)口之間的管路損失,在選擇轉(zhuǎn)向泵的最大壓力時(shí),應(yīng)使轉(zhuǎn)向泵的最大壓力:PP=
P1+△P
P1 為方向機(jī)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(jīng)很高,轉(zhuǎn)向卻依然沉重,只能是加大缸徑。如果壓力PP<P1,必然會(huì)轉(zhuǎn)向沉重或是打不動(dòng)方向盤(pán)。
動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵應(yīng)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(lái)驅(qū)動(dòng)其他附件,應(yīng)得到相關(guān)部門(mén)審查認(rèn)可。
4.2 動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的控制流量 Qp:
一般取Qp≥(1.05-1.1)Qmax.
Qmax 為方向機(jī)所需的最大流量.
4.3 動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵的公稱(chēng)排量:
根據(jù)怠速時(shí)(轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速一般為650-750r/min),方向機(jī)所需的流量,選擇轉(zhuǎn)向泵的排量,低速時(shí)(轉(zhuǎn)向泵轉(zhuǎn)速一般在1200r/s以下)轉(zhuǎn)向泵輸出的流量與排量之間的關(guān)系為:
Q=qt* n 其中 qt 為泵的理論排量;n 為怠速時(shí)轉(zhuǎn)向泵的轉(zhuǎn)速。
轉(zhuǎn)向泵的排量過(guò)小,容易出現(xiàn)怠速時(shí)轉(zhuǎn)向沉重,排量過(guò)大,系統(tǒng)容易發(fā)熱。
4.4對(duì)應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)特征轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)向泵實(shí)際流量要求(怠速,最大扭矩轉(zhuǎn)速,標(biāo)定轉(zhuǎn)速)。
5 進(jìn)、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(xiàn)編織耐油軟管;鋼管為高壓無(wú)縫鋼管,材料一般為20鋼或08F鋼。
對(duì)于油管和選用,無(wú)論是鋼管、耐油膠管或塑料管,都必須根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力進(jìn)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(nèi)徑,最好采用高壓鋼管。
5.2 管路內(nèi)徑的選擇:
管路內(nèi)徑的選擇:根據(jù)管道內(nèi)的流速,確定管道內(nèi)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(shí)取大值。
3) 液壓系統(tǒng)回油管道:1.5~2.5 m/s。
管道內(nèi)徑與流量、流速的關(guān)系式為:
d=(4Q/πv)0.5
其中d為管道內(nèi)徑,Q為通過(guò)管道的流量,v為管道內(nèi)液流平均流速。
管路內(nèi)徑經(jīng)驗(yàn)值,可以參照下表:
轉(zhuǎn)向泵控制流量
進(jìn)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(nèi)徑是管路長(zhǎng)為500mm時(shí)的經(jīng)驗(yàn)值,當(dāng)管路每增加△l=500mm 時(shí),管路內(nèi)徑增加△d=2mm。
配套時(shí)保證管路密封合格,進(jìn)油管漏氣漏水時(shí)會(huì)使液壓油變質(zhì),這一點(diǎn)很容易被忽視。管路直徑不能過(guò)小,進(jìn)油管口徑過(guò)小時(shí)會(huì)引起吸空,產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象,出油管直徑過(guò)小時(shí)會(huì)產(chǎn)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(jī)及進(jìn)出油管必須保持清潔,不允許有鐵屑、鐵銹等雜質(zhì)。
6 轉(zhuǎn)向泵接頭的選擇:
6.1 轉(zhuǎn)向泵和方向機(jī)的進(jìn)出油口應(yīng)用專(zhuān)用的液壓接頭,配套時(shí)注意接頭通道面積,應(yīng)達(dá)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(shí)不允許涂密封膠。接頭密封形式和轉(zhuǎn)向泵進(jìn)、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(zhuǎn)向泵接頭采用復(fù)合密封墊圈+銅螺母的密封形式。
7 儲(chǔ)油罐的選擇:
7.1 儲(chǔ)油罐容積選擇:考慮系統(tǒng)的供油、散熱、油中雜質(zhì)的沉淀等,一般取油箱的容量:
V=(0.15—0.2)Q1。
Q1為轉(zhuǎn)向泵的最大輸出流量。
7.2儲(chǔ)油罐的散熱能力:一般希望轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的油溫控制在80℃以下。如果油溫超過(guò)88℃,液壓油將很快變質(zhì):形成碳化物,液壓油失去潤(rùn)滑功能,轉(zhuǎn)向泵將急劇磨損,造成轉(zhuǎn)向沉重;析出膠狀物質(zhì),堵塞阻尼孔或卡滯控制閥,使整個(gè)動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)失效。油溫過(guò)高,還將使整個(gè)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(zhuǎn)向系統(tǒng)中,儲(chǔ)油罐的散熱已經(jīng)不能保證油溫在80℃以下了,這時(shí)須附加專(zhuān)門(mén)的散熱系統(tǒng)。
7.3轉(zhuǎn)向系統(tǒng)一般采用回油過(guò)濾方式,根據(jù)系統(tǒng)管路工作壓力、過(guò)濾精度、流通能力選擇濾油器。汽車(chē)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,過(guò)濾精度一般取10-20μm,壓力損失小于0.1MPa。如采用進(jìn)油過(guò)濾,其銅絲網(wǎng)目數(shù)一般在100~180目之間。
7.3液壓轉(zhuǎn)向泵為葉片泵時(shí),其自吸能力較差,應(yīng)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(zhuǎn)向泵進(jìn)口20mm以上,同時(shí)管路盡可能避免轉(zhuǎn)彎,如不可避免時(shí),轉(zhuǎn)彎角度和轉(zhuǎn)彎半徑應(yīng)盡可能大,避免管路的壓力損失。
7.4在儲(chǔ)油罐中,建議設(shè)有壓差信號(hào)發(fā)生器及安全閥。壓差信號(hào)發(fā)生器是在過(guò)濾器堵塞時(shí),把信號(hào)傳遞到駕駛室,提醒司機(jī)該換濾芯及更換液壓油了;安全閥是在濾芯堵塞時(shí),使油從旁路流過(guò),從而保證行駛安全。
8 油品的選擇:
8.1在夏季,全國(guó)均可用HM-46或HM-32抗磨液壓油;在冬季,長(zhǎng)江以南仍可用HM-46或HM-32抗磨液壓油,在長(zhǎng)江以北,可以使用HV-32或HV-46低溫抗磨液壓油;對(duì)于8號(hào)液力傳動(dòng)油或8號(hào)及10號(hào)航空液壓油,一年四季中在全國(guó)各地均可使用,但價(jià)格較貴。禁止型號(hào)不一致油液混用
8.2 加注油料時(shí)必須經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油罐上的過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾,禁止油液不經(jīng)過(guò)過(guò)濾直接加入轉(zhuǎn)向系統(tǒng)油罐中。
8.3油量加注必須在油罐標(biāo)尺規(guī)定的兩刻度線(xiàn)之間。油量加注后啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)3~5min,檢查補(bǔ)加油料至規(guī)定標(biāo)尺刻度線(xiàn)。過(guò)多,發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后油易溢出,既造成浪費(fèi)又破壞車(chē)容;過(guò)少,易造成轉(zhuǎn)向葉片泵燒蝕。
9 轉(zhuǎn)向泵布置時(shí)要考慮泵體內(nèi)不能有存留空氣,必要時(shí)采取排氣措施。
轉(zhuǎn)向系統(tǒng)排空氣,一般在轉(zhuǎn)向泵的出油口處排空氣即可,具體方法是在發(fā)動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),擰松出油接頭,待有油漏出來(lái)后再擰緊,這時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī),左右扳動(dòng)方向盤(pán),空氣便全部被排到儲(chǔ)油罐中,通過(guò)呼吸器排到空氣中。
附一:助力方向機(jī)參數(shù)校核
1.轉(zhuǎn)向力矩計(jì)算:
· Mr=[f×(G 13÷P)1/2]÷3
· Mr-----在瀝青或混凝土路面上的原地轉(zhuǎn)向阻力矩,N.mm;
· f--------輪胎與地面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù),取0.7;
· G1-----轉(zhuǎn)向軸負(fù)荷,N;
· P-------輪胎氣壓,MPa;
2.壓力計(jì)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(dòng)力轉(zhuǎn)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(jì)算:
· Q=(1. 5~2)×60ntS/K
· n—汽車(chē)方向盤(pán)最大瞬時(shí)轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/秒),轎車(chē)取1.5r/S, 其它車(chē)輛取1.25r/S;
· t---助力方向機(jī)絲桿螺距;
· S---助力方向機(jī)油缸實(shí)際工作面積;
· K---助力方向機(jī)效率系數(shù)(泄漏系數(shù))。
· 1.5~2---經(jīng)驗(yàn)系數(shù),可能與制造水平有關(guān)
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(jì)算如下:
· Q1 =60ntS
· Q=(1.5~2) Q1 + Q2
以上參數(shù)在配套過(guò)程中一般由整車(chē)廠(chǎng)提供,公式是一般經(jīng)驗(yàn)公式。
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