汽车助力转向系统节能低噪声溢流阀性能研究

　　汽车转向液压阀是汽车转向液压传动及控制系统中的控制调节装置,可对系统的压力、流量和流动方向进行控制和调节。因此液压阀内流体的流动特性必 然对汽车转向液压元件及整个液压系统的性能产生影响。阀内的流动很复杂,致使能量损失大,噪声大,效率低,寿命短[1]。其中,气穴是一种常见的噪声源, 经常发生在阀口附近,不仅会产生振动和噪声,而且影响到阀的性能与寿命,导致汽车转向系统容积效率降低,动态性能减弱。所以对阀内流场进行数值模拟,进而 分析流场流态与流动噪声的关系,提出流道结构的改进措施,对低噪声阀的设计是十分有意义的。

　　球阀是应用比较广泛的结构形式,具有密封性好、无滞后、可调节微小流量、制造简单和故障少等优点[2]。但球阀在没有导向槽、阀口流速很快的情 况下,易引起压力分布不均匀,使球阀径向力不平衡而产生振动。鉴于此本文对有导向槽和无导向槽的2种不同球阀,通过阀口气穴流动可视化,测量阀口试验气穴 云图来比较2种阀在相同开度、工况和环境下的噪声测量和频谱分析情况,经过可行性数值模拟分析,再和试验结果进行分析比较,验证了优化后的有导向槽的球阀 已达到较好的节能降噪效果。

　　1　流动可视化试验系统

　　本试验的液压系统如图1所示,油从泵1出来,经柔性管路2和消声器4,进入试验阀6,最后回油箱。其中,软管和消音器用来削减压力脉动和机械振 动[3],先导型电磁溢流阀3作为安全阀,进口压力和出口压力分别由压力传感器测量,流量计5用来测量试验阀进口流量。噪声频谱分析仪7用来测量噪声并对 频谱进行分析。测量中噪声频谱分析仪的传声器放在距阀表面8mm处,传声器正对阀表面的几何中心。试验阀与动力源是隔离开的。阀口附近的气穴现象由照相机 8来拍摄,白炽灯9为光源,照亮流场区域。

　　2　试验用阀

　　流动可视化试验的目的是为了观察溢流阀阀口附近的气穴现象[4],根据这一目的,试验用的阀体材料选用透明的有机玻璃,它具有良好的透光性。试 验中用无导向槽和有导向槽的2种阀芯结构,如图2所示,阀芯No.l(Valve Plug No.1)的外形及尺寸如图2(a)所示,是溢流阀无导向槽常用的阀芯结构,噪声比较大,为了降低阀的噪声,本文对阀芯No.1结构做了优化,设计了另外 一种有导向槽的阀芯No.2(Valve Plug No.2),其外形及尺寸如图2(b)所示。阀芯几何参数见表1。这些参数的选取应考虑到阀口形状对气穴的产生与气泡的运动、破灭有影响,从抑制气穴的角 度来设计阀的结构,分别对他们进行了阀口气穴现象的可视化试验比较及噪声测试比较[5]。