转向油泵试验台解析.docx

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转向油泵试验台解析

解放J6P汽车转向油泵试验台设计

崔东

（交通学院交通运输专业2008级交通学0801班20082925886）

摘要：

转向油泵是液压辅助转向系统的动力源。

本文在分析解放J6P汽车转向油泵综合性能技术的基础上，根据转向油泵的试验标准，，对试验台的测试液压油路进行设计，设计出能够自动完成转向油泵型式试验和出厂试验的检测系统的试验台。

解放J6P汽车转向油泵试验台液压部分主要采用电液比例阀技术对转向油泵加载，实现了压力和流量等性能和参数的校正，设计出符合适应实际需求的转向油泵试验台,本文重点对电液比例技术进行介绍和分析，并将其主要功能运用在设计之中。

最后，以解放J6P汽车转向油泵为试验对象，进行了油压、流量测试试验，并根据相关标准，检测结果是否满足技术要求，试验数据表明:

试验台达到了预期目标。

关键词:

转向油泵；液压助力转向；电液比例阀；流量；压力；

TheLiberationofJ6PAutomobileSteeringPumpTestBedDesign

CuiDong

（Schooloftraffictransportationspecialized2008leveloftrafficscience0801class20082925886）

Abstract:

thesteeringpumpishydraulicallyassistedsteeringsystempower.BasedontheanalysisoftheliberationofJ6Pautomobilesteeringpumpcomprehensiveperformancetechnologybasis,accordingtothesteeringpumptest,thetestbench,testofhydrauliccircuitdesign,designedtoautomaticallycompletethesteeringpumptestandtestdetectionsystemtestbench.

TheliberationofJ6Pautomobilesteeringpumptest-bedhydraulicpartmainlyusestheelectrohydraulicproportionalvalvetechnologyforsteeringpumpload,realizethepressureandflowpropertiesandparametercorrection,designedtomeettheactualdemandtosteeringpumptestbench,thispaperfocusesontheelectro-hydraulicproportionaltechnologywereintroducedandanalyzed,andthemainfunctionapplicationindesign.

Finally,withtheliberationofJ6Pautomobilesteeringpumpastheexperimentalobject,theoilpressure,flowtest,andinaccordancewiththerelevantstandard,testingwhethertheresultsmeetthetechnicalrequirements,testdatashowthat:

thetestdevicehasachievedtheanticipatedtarget.

Keywords:

steeringpump;hydraulicpowersteering;electro-hydraulicproportionalvalve;flow;pressure;

1.引言

1.1课题的背景及其意义

汽车，一种具有划时代意义的产物。

交通工具的快速发展加快了人们的生活速度，节约了人们浪费在路途中的时间。

然而汽车，又是众多交通工具中最普遍最实用的工具。

它不像飞机那么昂贵，也不像自行车那样缓慢。

现在的人已不仅仅只满足于目前的生活水平，同时对生活质量也有了更高的要求。

城市的迅猛发展，道路交通设施越来越完善，越来越多的人选择自己购买汽车，方便出行。

近年来，随着经济的发展,我国汽车工业发展势头迅猛。

第1000万辆的下线，标志着经过60年的社会主义建设、30年的改革开放，取得了举世瞩目的成就,中国汽车工业从无到有、从小到大，已成为国民经济的重要的支柱性产业，现在的中国汽车工业已形成产品种类比较齐全、生产能力不断增长、产品水平口益提高的工业体系，为国民经济的建设做出了巨大贡献。

汽车工业的进步与发展要求相应的技术水平应不断提高。

中国已经成为世界第一大汽车市场，同时受到日本大地震的影响以及国家政策的积极支持等因素，外资零部件公司将加快对中国的投资。

世界最大的汽车零配件制造企业博世就计划加大在我国汽车行业的投入，同时，美国伟世通也建立了中国技术中心。

这些都表明了中国的汽车行业的发展水平已经达到了较高的水平。

汽车转向器性能的好坏直接影响到整车系统的操纵性、稳定性和安全性，其质量也直接反映出了车辆的质量，是直接关系到车辆性能的关键部件，因此，在出厂前必须对其进行质量检测，使之各项性能参数均满足要求[1]。

随着我国汽车工业的快速发展，对液压动力转向器的各项性能要求逐年提高，研究符合汽车实际使用工况，且能准确真实地测试该总成各项技术指标的台架试验方法是当务之急。

随着国内汽车消费数量的增加，汽车转向油泵的需求产量大幅也增长，其原有的性能试验台已不能满足生产的需要，原有试验台控制复杂，工人劳动强度大，生产效率低，急需对设备进行改造升级。

开发设计新型的汽车转向油泵综合性能检测试验台既应满足现有产品的出厂检查测试，又能完成新产品设计定型试验，新的试验台需要具有综合性、轻便性、高自动化、高精度和稳定性等方面特点。

汽车液压动力转向器具有噪声低、灵敏度高、体积小、操纵轻便、能够吸收来自不平路面的压力，减轻驾驶员手力等特点，广泛应用在现代各类汽车上[2]。

转向油泵是整个液压动力转向系统的核心动力元件，其工作性能的好坏直接影响汽车运行的可靠性、安全性和平稳性，因此对它的综合性能进行严格的考核和精确的检测是更加重要。

可以得出，本课题所设计的解放J6P转向油泵试验台对于汽车零部件产业及整个汽车行业都具有重要的现实意义和深远影响，有可观的经济效益和非常广泛的市场应用前景。

1.2转向油泵试验台发展现状概述

现在，国内外汽车零部件试验台研究设计研发部门开发出了形式不同、种类繁多的试验台架，基本上都能够满足产品质量检测的需要。

例如，国外的采埃孚，博世等几家世界著名汽车零部件公司，其所开发的汽车零部件试验台在结构、测试和应用等方面都重点考虑，而且从人机工程学的角度出发来引导试验台的结构部件设计，并在结构形式设计上充分考虑了现场操作的实际情况;当然，试验台结构的合理性和可靠性仍然作为其结构设计的重点，同时还考虑到台架的轻便型，美观性，在测试技术方面，往往采用当时的主流测控技术，以保证试验台的先进性和测试的准确性。

目前，在使用的国外产汽车零部件试验台中，计算机测控技术均被大量的采用，测试精度高、检测速度快、检测结果以屏幕显示的方式直观展现。

总之，这些国外著名公司的汽车零部件试验台产品基本代表了当今此领域的发展先进水平，国产汽车零部件试验台研制时应把这些企业作为重点参考和超越的对象，研制出具有领先水平的汽车零部件试验台。

目前国内厂商和科研机构在汽车零部件试验台的研究设计方面，与国外相应的研究水平还存有一定的差距，主要表现在：

测试功能单一，只能进行某一项或者某几项性能测试实验，更不能完成综合性能的测试;测试精度较低、可靠性较差;自动化程度低，操作复杂，工人劳动量大。

1.3课题的目的和意义

动力转向油泵是汽车液压助力转向系统的重要部件，其各项性能和可靠性关系到能否准确和轻便地实现转向和行车安全，关系到社会和个人的安全与利益问题[3]。

因此，对转向泵的各项指标进行严格检验和客观评价是产品制造商、主机厂商以及应用厂商非常重视的一项工作。

传统的转向油泵测试方式目前存在的问题有：

（1）行程开关损坏，油缸的位移靠标尺显示，人工观察，效率低，精度差；

（2）试验中油缸在起动和换向时压力冲击很大；（3）不能实现小负载加载试验；（4）加载力传感器损坏，还缺乏加载力显示；（5）控制台部分线路损坏，致使不能停泵、不能起动冷却系统、不能进行污染显示和油温显示。

随着计算机技术发展及其应用范围的不断扩大，由计算机辅助电液系统组成的检测系统逐步取代了传统的液压检测系统。

本文对转向油泵的性能检测系统进行研究，旨在通过本系统实现转向泵性能检测的自动化，提高检测速率和精确性，保证产品质量。

1.4本文的课题支撑及其主要工作

本课题是解放J6p汽车转向油泵试验台设计，转向油泵是关系汽车汽车油泵有限公司对传统手动操作试验台进行改造，运用现代先进技术和计算机技术来实现自动化控制。

本课题的研究目标是开发一套解放J6p汽车转向油泵试验台，该试验台承担解放J6p汽车转向油泵出厂前的综合性能测试和新产品的使用参数试验测试工作。

要求:

测试精度较高、响应迅速、检测方便、可靠性高、自动化程度高。

本课题所要求完成的工作如下：

（1）结合当代社会汽车行业的大背景，阐述设计了转向油泵试验的必要性，目的性。

（2）介绍汽车转向器的发展状况、原理及结构，进而突出展现转向油泵在汽车中的作用、形式及其所构成的液压助力转向系统对当今汽车转向系统所带来的意义。

（3）根据试验与实际的需要，计算所需要的各类液压系统参数，并以此数据为标准选择出符合要求的各类液压元件。

（4）根据所选择元件，设计试验台液压油路，并介绍液压油路的工作原理与试验过程。

（5）对实验台的试验结果进行校核与检验，进一步研究该试验台工作的准确性，操作的方便性及应用上的适用性。

解放转向油泵试验台利用传统的液压控制技术，完成转向油泵流量测试试验，持久耐压试验以及转向油泵气密性检测过程，而且所设计液压回路通过调节，该试验台可适用于其他多种型号的转向油泵的性能测试试验[4]。

2解放J6p汽车转向油泵工作原理与转向油泵试验台

汽车动力转向油泵是汽车转向系统的关键零部件，随着汽车工业的飞速发展和平均行驶车速的不断提高，对转向系统以及转向泵性能提出了更加严格的要求，其性能检测与校核就变得越来越重要。

由于动力转向系统在技术和其他相关方面的突出优点，伴随着汽车工业技术的发展以及对于技术要求的进一步提高，动力转向系统必然会被广泛应用到个各汽车及其衍生领域之中，但是因为现在的动力转向系统还不甚完美，主要的问题是安全性和操稳性较差[5]。

2.1汽车转向器介绍

转向器是汽车的重要零部件之一，其性能的好坏直接影响着汽车行驶的安全性，操稳性和可靠性。

转向器的发展大致可分为机械转向和动力转向两个阶段，而动力转向的发展又可分为液压和电控两个时期。

对于动力转向系统来说，汽车转向所需要的能量，在一般情况下，只有小部分是驾驶员靠体力提供，而其中大部分是发动机驱动的转向助力油泵所提供的液压能。

动力转向器按传能介质的分类，大致有气压式和液压式两种形式[6]。

依据机械式转向器、转向动力缸和转向控制阀三者在转向系统中的布置位置和联接方式的不同，液压动力转向装置分为整体式、组合式和分离式三种结构类型[7]。

解放解放J6p汽车就是采用整体式动力转向器[8]。

当然，目前汽车转向器几乎都加装了动力转向系统，又称为液压动力转向器。

它因为工作噪声低，灵敏度高、占用空间小，在低速甚至停车时转向轻便，能够吸收来自不平路面的冲击力的优点，在现代汽车领域，特别是重型和大型货车上得到极为广泛的应用。

转向油泵是整个转向系统的动力源，是转向系统的“心脏”，其性能好坏对汽车动力转向系统的性能产生重要影响，并且能够直接影响到汽车转向和操纵的稳定性，以及行驶的安全性。

液压助力转向系统为汽车在行驶转向过程中提供液力辅助转向助力作用。

发动机通过带动张紧轮产生压力并作用于转向助力油泵，并且通过压力油管传送压力能至转向器，然后再通过转向器将液压能转化成机械能，促使转向传动杆进行助力转向[9]。

在发展发达的国家中，所有汽车的转向系统基本都已安装了动力转向助力装置。

目前，我国的多种类型的车型也已都逐步采用动力转向。

图1液压助力转向系统结构图

a.方向盘；b.拉杆；c.反馈机构；d.电磁换向阀；e.转向助力缸；f.转向梯形臂；

g.转向节臂；h.纵拉杆；i.转向油泵；j.摇臂；k.齿轮

汽车液压式助力转向系统由转向油罐、转向油泵、动力转向器和转向管路等结构部件构成。

当驾驶员在行驶时转动方向盘，发动机通过驱动转向油泵将来自转向油罐中的低压油增压为高压油，并且经过转向高压管路进入动力转向器中，通过推动动力转向器活塞，将螺杆与扇齿将活塞运动转化为输出轴的旋转运动，最终实现液压助力转向[10]。

图2汽车液压助力转向系统的组成结构图

图2汽车液压助力转向系统的组成结构图

对液压助力转向器有以下主要要求:

（1）转向行驶过程中，驾驶员应能够明显地感受到转向盘转角与汽车转弯半径的关系;

（2）转向力的大小应当适宜，避免过大或过小，操作轻便;

（3）在汽车行驶过程中，前轮承受冲击载荷的情况下，应当有适度的反力传递到转向盘，让司机能明显感觉到这个冲击力；

（4）转向拉杆机构传递给汽车的回位特性不受影响，当转向盘松开以后能够自动回正，维持汽车直线行驶；

（5）安全可靠，当汽车的动力转向系统出现故障时，如发动机熄火或转向油泵失效，应保证汽车能够安全行驶。

转向器是转向系统中重要的减速传动装置，按转向能源的差别可以大致分为机械转向器和动力转向器两大类，若按传动副的结构划分则可分为循环球式、齿轮齿条式、曲柄指销式等形式。

因为循环球式和齿轮齿条式转向器技术发展成熟，因此运用极为广泛，它们是目前汽车转向器的应用的最主要结构型式[11]。

2.2助力转向油泵的作用及其型式

转向油泵是汽车液压助力转向装置的主要动力源，基本作用是把输入的机械能转换为液压能输出。

当转向油泵只受到发动机驱动的状态下，发生发动机停止运转的情况，油泵也无压力油输出[12]。

对重型汽车而言，只能依靠人力进行转向，使转向性能大大降低，是极为不利的。

为了加强助力转向装置的工作可靠性和稳定性，有些重型汽车在转向油泵的驱动装置中改用自由轮机构，使转向油泵在正常运转情况下受发动机驱动，而当发动转速过低甚至熄火时，则与发动机断开，转而受以较高速度滑行的汽车惯性驱动。

此外某些重型汽车，还添加了一个应急转向油泵，与主转向油泵并联连接。

应急油泵既可以借助蓄电池通过电动机驱动，也可以通过汽车传动系进行驱动。

转向油泵的结构型式大体有齿轮式、叶片式、转子式、柱塞式等形式，目前应用得最为广泛的是外啮齿轮式转向油泵。

就其结构而言，右孔口为进油口；左孔口为出油口，主动齿轮和从动齿轮分别与轴铸成一体。

二者的轴颈依靠轴套支承在泵体和泵盖上，左侧两个轴套的轴向位置是相对固定的。

右侧二轴套则可以进行轴向浮动，故称为浮套[13]。

转向油泵的流量大小与齿轮转动速度成正比，转向油泵设计时应保证即使在发动机怠速运转状态时，其流量也应该能够保证紧急速转向所需要的动力缸活塞最大移动速度。

当发动机转速高时，油泵供给流量将过大，导致油泵消耗功率过多和油液温度过高，此时，依靠流量控制阀以限制转向油泵最大流量。

差压式的流量控制阀安装在转向油泵进油腔和出油腔之间，并且与油泵齿轮副并联。

流量控制阀体内的柱塞在弹簧弹力作用下处于最下端位置。

柱塞下方连通转向油泵出油腔；上方连通油泵出油口。

当油泵流量超过规定值时，柱塞两端压力差能够克服弹簧的预紧力，使柱塞向上移动，转向油泵出油腔便与进油腔连通，同时部分液压油经过流量控制阀流回到进油腔，所以经过量孔输出的流量便减小了。

发动机驱动叶片泵转动产生液压，液压油的流量和压力大小由装在叶片泵内的流量控制阀元件进行控制和调节。

当转向油泵工作时滑阀有一定开度，使得输出流量超过规定值，多余的流量又重新返回油泵的吸油腔。

当油路发生堵塞或者其它意外事故导致不流通是，造成系统压力超过油泵的最大工作压力时，安全阀便起作用，滑阀全部打开，所有压力油均流回吸油腔内，对液压系统起到保护作用。

图3转向油泵实物图。

图3转向油泵实物图

2.3试验台台架结构介绍

试验台的设计应该遵循简单、高效、实用性强的原则。

为了达到试验台方便放置和操作的目的，试验台的台架机械结构部分分为三部分进行布置，其中包括转向油泵夹具、液压油路控制系统和电气控制系统。

图4所示为试验台台架的基本构成及结构示意图。

图4试验台台架的基本构成及结构示意图

转向油泵试验台的夹具设计应遵循方便、实用的原则[14]。

所设计的油泵试验台要能够进行不同形式转向油泵的检测试验，同时夹具设计既应方便转向油泵的装卸,还应满足多种型号转向油泵的通用性。

图5为试验台实物图

图6所示为转向泵夹具装配实物图。

液压油路系统的设计要尽量追求管道和液压元件工作原理简单易行，易于布置，并且抗污染能力强，其中主要液压部件安装在集成块上，以便于安装、工作可靠稳定，液压管路转弯处必须要圆滑过渡，不得出现直角变化，以避免造成流量和压力的不必要损耗；电气控制系统应该力求程序准确简洁，操作面板简单、易于操作控制，能够完成目标试验的全部内容，自动化程度高。

2.4本章小结

本章首先简要介绍了转向器及转向油泵在汽车转向系统中的的性能和工作工程及原理，并归纳总结了对于转向器的性能要求，然后根据国家标准制定试验内容[15]。

四项试验内容分别是流量-压力试验;容积效率试验;最大流量检测试验;总效率试验，并且针对每项试验设计了相应试验方法和内容，最后设计了解放J6p汽车转向油泵试验台的整体框架，由液压系统和电气控制系统两部分组成。

3试验台系统原理分析及液压系统设计

本章节主要是就试验台的液压部分进行分析，首先简单介绍转向油泵试验台的大体油路图，展现了各部分的大体构造，然后根据实验要求选择符合实验要求的液压部分的原件，及其选择标准，从而更加明确的说明了总体液压回路的工作原理。

3.1试验台系统原理分析及其功能要求

本试验台对解放J6p汽车转向油泵出厂试验的项目包括流量测试实验，压力测试实验及密封性测试实验。

接下来简述所进行试验的原理进行简要讲解，随后提出检测系统的功能要求。

3.1.1基本原理分析

传统的试验台液压系统之中，一般使用压力阀、安全阀、节流阀和换向阀等常用液压元件，来实现对液压系统的压力、流量和方向等实验参数的控制，此外借助压力表、流量计、测力计、温度计等测量仪器，进行压力、流量、压力、气密性、总效率等物理参数的测量，并且通过统计计算的方式对结果进行比较，验证，校核，对结果进行推测，进而得到所出现的问题。

伴随着计算机技术的不断发展，计算机技术已经逐步渗透到机械等领域，把计算机技术与液压控制技术有机结合起来，便产生了一个现代新的应用分支，即计算机电液控制技术。

该控制技术具有控制精度高、可靠性好、效率高、结构紧凑和功能全面等优点，因此在液压系统工程领域和相关领域得到了较为普遍的应用。

本课题所研制的解放J6p汽车转向油泵检测系统大致可分为两个部分:

比例液压系统和电气控制系统。

试验台检测系统综合采用了电液比例阀控制、传感原件、反馈等技术，组成具有多个反馈量的闭环控制系统，如图3-1所示为检测系统结构图。

图7检测系统结构图

3.1.2主要功能要求

转向油泵对于整个汽车转向系统来说尤为重要，合理设计转向油泵试验台也关乎到对转向油泵质量检测的问题，所以对于转向油泵试验台既要求工作效率高，也要求测试精度高。

解放J6p汽车转向油泵试验台具体的功能要求有：

（1）能够对出厂的解放转向油泵进行简单的检测和试验，满足静态和动态的工作要求。

（2）操作方式简单，简便，便于操作。

（3）能够精确、快速读取出流量、压力、转速、温度等参数值。

（3）对液压油路调节之后，可以进行多种类型转向油泵的校核。

3.2液压回路原理

本试验台检测系统需要完成流量测试实验，压力测试实验及密封性测试实验的内容，依据这些要求和条件设计的基本液压油路如图8所示。

图8基本液压油路图

试验台试验系统采用比例溢流阀进行加载，采用电子控制，从而实现试验过程部分电气化，减少了工人的劳动量，提高了工作效率和准确度。

由于比例阀对液压油液的污染反应较为敏感，所以应该需要配备精度较高的过滤设备[16]。

而高精度过滤器在试验过程中会出现极易堵塞的问题，故在液压设计中应该串联节流阀以备用，当比例溢流阀出现故障时便通过换向阀使节流阀工作，并采取手动加载的方式，在保证不停机的情况下来实现生产过程的持续性。

如图所示，节流阀11与比例溢流阀12共同构成溢流节流阀，即阀的输入流量不管如何变化，输出流量始终保持某一值不变。

阀13为安全阀起安全保护的作用，当液压转向系统过载，超过最高允许压力时，安全阀开启，一部分压力油通过安全阀从回油孔返回进油端。

采用变频器调速改变电机的转速以控制油泵泵的转速，从而影响泵的输出流量（L/min）变化[17]。

图9试验台液压系统回路图

3.3电液比例系统

随着液压技术的不断发展与进步，对于现代液压系统设计人员，通过液压系统的建模与仿真，了解和掌握液压系统工作过程中的特性和参数变化，以便进一步改进和完善液压系统，提高液压系统的响应特性，提高运动和控制精度以及工作可靠性，是非常必要的。

电液比例控制系统通常由电子放大及校正单元、电液比例控制元件、执行元件、液压源、工作负载及信号检测处理装置等组成。

最简单的电液比例控制系统是采用比例压力阀、比例流量阀等来代替传统液压系统中的多级调压回路或调速回路，这样不但简化了系统，还可以实现复杂的程序控制和远程信号传输，便于计算机控制。

3.3.1电液比例阀技术发展过程

电液比例阀技术发展到现在经历了四个时期。

第一时期是以瑞士一家企业1967年生产比例复合阀和20世纪70年代初日本油研公司将压力和流量比例阀申请专利为主要标志，这一时期是电液比例技术的雏形。

起步时期的比例阀是以比例电磁铁控制代替传统的压力控制阀的手调机构。

20世纪70年代末期是电液比例阀发展过程的第二时期，这一阶段的主要特点是采用各类内反馈原理的比例器件被大批投入和使用，随着耐高压比例电磁铁和比例放大器技术的不断进步与创新，越来越多的部门开始应用比例阀。

到1980年，比例阀及多种先进的反馈控制技术的应用越来越广泛，比例阀技术与电子传感器技术及插装技术共同发展，比例阀的稳定性、动态响应和稳态精度等方面都得到了大幅度的提升，但是中位死区仍是比例阀技术所存在的较大不足，此外比例阀性能也早已达到了工业伺服阀的水平。

这是电液比例阀发展的第三时期。

1990年代末期以后，各国研究人员开始重视比例技术与伺服技术有机结合的研究。

当然，比例技术与伺服技术结合的产物—伺服比例阀便应运而生。

此部分电液比例阀发展的第四时期[18]。

3.3.2.电液比例阀技术的优势

电液比例阀是处于普通液压阀和电液伺服阀之间的一种液压系统控制阀[19]，依据输入的电信号大小不同，连续不断地按一定比例地对液压系统所涉及到得参数实现远距离控制。

尽管比例阀精度及响应速度较电液伺服阀慢，但是在制造成本、抗污染方面地