阅读说明：本技术 商用车及工程机械用流量可变转向泵 (Variable flow steering pump for commercial vehicle and engineering machinery ) 是由 沙斌 杨德刚 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种商用车及工程机械用流量可变转向泵,包括壳体,在壳体内设置有进油通道、出油通道以及与连通进油通道和出油通道的流量控制装置,流量控制装置包括流量控制腔以及设置在流量控制腔内的阀套、滑阀和限压阀；在滑阀的前端为一位于阀套内的流量调节杆；限压阀位于流量控制腔的后端；在限压阀的后端设置有一流量调节进油口,该流量调节进油口根据输入的流量控制滑阀使阀杆在流量控制腔内移动。本发明通过实时输入与车辆的实时工况对应的流量从而对转向泵的输出流量进行适时精准调控,实现了高转速低流量输出、低转速高流量输出的目标,进而实现了转向泵向转向机按需供油,提高了驾驶的安全性、舒适性,并可同时降低能耗。(The invention discloses a flow variable steering pump for commercial vehicles and engineering machinery, which comprises a shell, wherein an oil inlet channel, an oil outlet channel and a flow control device communicated with the oil inlet channel and the oil outlet channel are arranged in the shell, and the flow control device comprises a flow control cavity, and a valve sleeve, a slide valve and a pressure limiting valve which are arranged in the flow control cavity; the front end of the slide valve is provided with a flow regulating rod positioned in the valve sleeve; the pressure limiting valve is positioned at the rear end of the flow control cavity; the rear end of the pressure limiting valve is provided with a flow regulating oil inlet, and the flow regulating oil inlet enables a valve rod to move in the flow control cavity according to an input flow control slide valve. According to the invention, the output flow of the steering pump is timely and accurately regulated and controlled by inputting the flow corresponding to the real-time working condition of the vehicle in real time, so that the aims of high-rotating-speed low-flow output and low-rotating-speed high-flow output are fulfilled, the oil supply of the steering pump to the steering engine according to the requirement is further realized, the driving safety and comfort are improved, and the energy consumption can be reduced at the same time.)

商用车及工程机械用流量可变转向泵

技术领域

本发明涉及汽车转向技术领域，具体是一种车用转向泵。

背景技术

车用转向泵是以输出压力油驱动转向机使车用作转向运动的功能性部件，其性能直接关系到商用车和各种工程机械行驶过程中的安全性、舒适性以及整车的能耗。

由于转向泵是由车辆发动机直接驱动的，因此发动机的转速直接关联转向泵输出压力油的压力与流量。在人们的驾驶实践中，往往希望在高速行驶时方向盘偏重些、不要太灵敏以防止车辆失控跑偏；而在低速行驶如转弯或倒车时方向盘需要转动的圈数多，则希望方向盘能轻些、灵活些便于操作；当然也希望有较高的安全性和较低的功率消耗。

现有车用转向泵的结构及弊端：

现有车用转向泵的结构如图1，它的输出流量是由一个固定直径的出油孔D决定的。发动机转速越高，转向泵排出的油越多、压力越高，通过固定直径的出油孔D输出的流量就越大。反之亦然。其输出流量曲线示意图如图2。图中所示Q1、Q2为转向泵标定的输出流量的公差，此公差一般≧公称输出流量值的30％，相对于实际需要，此30％中大部分属于过剩的输出流量。

现有车用转向泵的弊端，主要表现为：a.车辆高速行驶时发动机转速高、输出流量大，使方向盘变轻、车辆失控跑偏的风险增大；b.车辆转弯或倒车时，发动机转速低、输出流量小，使方向盘变重，操控困难。

其弊端的后果为：a.车辆高速行驶时影响驾驶安全，b.车辆低速行驶时影响驾驶员的舒适性和可操作性，c.增加了无谓的功率消耗。

另，现有一种技术方案，可实现泵的输出流量随发动机转速升高而降低，但由于其设计结构的局限性，仍有缺陷，其输出流量曲线示意图如图3。具体表现在尽管该技术方案在总体趋势上能实现输出流量随发动机转速升高而降低，但由于该方案不具备实时反馈系统，表现在在上述流量调节杆f第一固定截面段、变截面过渡段和第二固定截面段各自的长度内，不能实现输出流量随发动机转速升高而降低。如图3所示：在N1-N2段即上述第二固定截面段，以及N3-Nmax段即上述第一固定截面段，流量均随转速升高；造成这种缺陷的根本原因在于：1. 输出流量大小变化只受一个已固定了各项参数的大弹簧4影响。由于弹簧在不同的压缩阶段L1, L2 ~ Ln，其对应的弹力F1, F2 ~ Fn是变化的，再由于不同的工况对流量的需求是不同的，任何固定的弹簧参数都不可能满足动态的流量变化，因此该技术方案不能做到输出流量全程精准调控。2.该技术方案只是机械地实现了发动机转速升高输出流量降低这一模式，但这并不适合所有工况。例如车辆状态是重载、低速、爬坡且在急弯的盘山路上，此时车辆处于低挡位，发动机处于高转速，同时又要急转弯，工况的需求是大流量，但该技术方案却不能感知此工况仍按既定的小流量输出，增大了车辆操控的难度和风险。

由此可见，该技术方案虽然部分改善了现有车用泵的弊端，但是存在增加潜在操控风险的弊端。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种提高驾驶的安全性与舒适性的车用转向泵。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种商用车及工程机械用流量可变转向泵，包括壳体，在壳体内设置有进油通道、出油通道以及与连通所述进油通道和出油通道的流量控制装置，其特征在于：所述流量控制装置包括流量控制腔以及设置在流量控制腔内的阀套、滑阀和限压阀；所述阀套固定在所述流量控制腔的前端；所述滑阀位于所述流量控制腔的中部并可在所述流量控制腔内前后移动；在所述滑阀的前端为一位于所述阀套内的流量调节杆；所述限压阀位于所述流量控制腔的后端；所述进油通道的出口位于流量控制腔的前端；所述出油通道的入口位于所述阀套内；在所述流量控制腔的中部设置有溢流孔；在限压阀的后端设置有一流量调节进油口，该流量调节进油口根据输入的流量控制所述限压阀使所述阀杆在流量控制腔内移动。

所述流量调节杆的具有第一固定截面段、第二固定截面段和变截面过渡段，其中第一固定截面段位于流量调节杆的外端且大于第二固定截面段的面积。

所述限压阀包括阀体和阀芯，在阀体上设置有流体通道，阀芯设置在滑阀内并位于阀体通道的出口上使阀体通道打开或闭合；所述流体通道的入口与所述流量调节进油口连通。

所述流量调节进油口连接在所述出油通道上，在出油通道连接所述流量调节进油口的出油口上设置有根据工况调节出油口流量的节流阀。

在所述滑阀外周上设置有环形槽；在环形槽内设置有连通所述流体通道的溢流通孔。

所述阀芯包括钢球、导向销以及弹簧，所述导向销连接在所述弹簧上并将所述钢球抵靠在流体通道的阀口上。

所述阀体为小阀螺钉，所述小阀螺钉固定在滑阀的端部，所述流体通道设置在所述小阀螺钉内，流体通道的前端为与所述钢球配合的圆锥面。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明在转向泵的流量控制腔内设置了一个可根据输出压力控制的限压阀，通过限压阀输入与车辆的实时工况对应的流量从而对转向泵的输出流量进行适时精准调控，实现了高转速低流量输出、低转速高流量输出的目标，实现了按需供油；在极端工况下依靠实时反馈系统达到或趋近按需供油，提高了驾驶的安全性与舒适性。

2、本发明用于驱动限压阀的油来自出油通道，并在出油通道上设置节流阀，一方面可以充分利用出油通道的油压，另一方面可通过节流阀进行精确的流量控制。

3、实现按需供油，保证了车辆的可操控性，提高了驾驶的安全性和舒适性；可减少转向泵无谓的功率消耗，降低能耗；同时还能降低了系统发热，减少系统的故障率，间接提高安全性。

4、本发明设置有限压阀，可保证在极端工况下，当工况压力高于卸荷压力时，限压阀开启实行卸荷，可避免因工况压力过高造成系统损坏，提高了车辆的安全性；同时，当工况压力高于卸荷压力时，限压阀开启实行卸荷，同样降低无谓的功率消耗，降低能耗。

5、本发明对现有的各种商用车如公路载货车、集装箱运输车、大型客车以及各种工程机械如重型矿用运输车、自行式吊车、轮式装载机等都具有普遍适用性。

附图说明

图1为现有商用车转向泵流量输出的结构图；

图2为现有商用车转向泵的转速-流量曲线示意图；

图3为现有技术方案转向泵的转速-流量曲线示意图；

图4为本发明转向泵的转速-流量曲线示意图；

图5为本发明泵的实时反馈系统流量调节示意图；

其中a为系统压力大Pmax的工况；b为系统压力小Pmin的工况；

图6为本发明转向泵的实时反馈系统结构示意图；

图7为图6的C-C剖视图；

图8为本发明压力控制及限压阀的结构图。

图中：1、壳体；2、阀套；3、滑阀组件；4、小阀螺钉；5、滑阀；6、弹簧；7、弹簧导向销；8、钢球；9、调整垫；10、小阀螺钉；11、节流阀。

图2、图3、图4所示的转速-流量曲线示意图，其试验条件为压力10bar，油温80℃；

各图所示编号1、2、3....n所指均为实体零件；编号a.b.c.....z所指为均零件的表面或零件构成的空间。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细说明：

如图6-图8所示，本发明车用用转向泵，包括壳体1，在壳体内设置有低压腔a、高压腔b以及实时反馈系统连通孔c。低压腔a、高压腔b以及实时反馈系统连通孔c共同作用于流量控制腔d；实时反馈系统连通孔c的另一端设有节流阀11。

流量控制腔d内设置有流量控制装置，该流量控制装置包括：位于流量控制腔d前端的阀套2；位于流量控制腔d中部的滑阀组件3；位于流量控制腔d后端的大弹簧4。

滑阀组件3由阀套、滑阀以及限压阀构成。其中限压阀位于滑阀内随滑阀一起移动。限压阀包括弹簧6、弹簧导向销7、钢球8、调整垫9以及小阀螺钉10组成。滑阀5上设有溢流通孔e和流量调节杆f；小阀螺钉10上设有通油孔g，通油孔g为限压阀的压力油通孔，滑阀5上设有的溢流孔e使限压阀卸荷时通过溢流孔e流入低压腔a。

限压阀的卸荷压力是转向系统要求的并是转向系统能承受的最高工况压力。该压力是转向泵装配时预先调整好的。其调整原理：通过改变调整垫9的厚度，间接改变弹簧6通过弹簧导向销7传导到钢球8对小阀螺钉10的锥面L的压迫力实现的。压迫力越大，卸荷压力越大，反之亦然。钢球8与小阀螺钉10的锥面L形成环状密封，当钢球8压合到小阀螺钉10的锥面L上，限压阀关闭；当钢球8离开小阀螺钉10的锥面L，限压阀开启。

当系统工况压力大于卸荷压力时，高压油通过实时反馈系统连通孔c进入流量控制腔d的后端j，再进入小阀螺钉10上设有的通油孔g，克服弹簧6通过弹簧导向销7传导到钢球8对小阀螺钉10的锥面L的压迫力，推钢球8离开小阀螺钉10的锥面L，此时限压阀开启，进入的高压油随即通过滑阀5上设有的溢流孔e流入低压腔a，实现卸荷，直到系统工况压力等于或小于卸荷压力时，限压阀重新关闭。

流量调节杆f具有第一固定截面段、变截面过渡段和第二固定截面段，其中第一固定截面段位于流量调节杆f的外端且大于第二固定截面段的截面积；流量调节杆f位于阀套内部并与阀套2共同构成可变出油孔h。

由低压腔a、高压腔b、实时反馈系统连通孔c以及大弹簧4，共同作用位于流量控制腔d内部的滑阀组件3，使其能根据系统工况对流量的需求，在流量控制腔d内部做轴向移动，使流量调节杆f的第一固定截面段、变截面过渡段和第二固定截面段与阀套2的相对轴向位置发生变化，可变出油孔h的通油截面即发生变化，从而使转向泵的输出流量符合工况的需求。符合工况需求的输出流量经过出油通道k输送到出油口i以驱动转向机。

本发明输出流量根据工况调节的原理是：

在转向系统中，当系统压力升高时，表明系统需要增加供油，以加大转向助力；当系统压力降低时，表明系统需要减少供油，以减小转向助力。

想要获得符合工况要求的输出流量，实际就是要将可在流量控制腔d内作轴向移动的滑阀组件3驱动到一个正确的位置，得到正确的可变出油孔h的通油截面，从而得到正确的输出流量。

影响滑阀组件3位置的主要有三个因素：①高压腔b进入流量控制腔d的压力油；②大弹簧4的压缩力；③在泵的出油口i采集到的、经由节流阀11控制的、通过实时反馈系统连通孔c进入流量控制腔d后端j的压力油。再有一因素是低压腔a，当系统压力超限、限压阀开启时，该因素会对滑阀组件3两端的压力平衡有影响，从而影响流量输出。

高压腔b进入流量控制腔d的压力油，其进入的位置在阀套2与滑阀组件3之间， 由于阀套2是固定的且受压面积小于可移动的滑阀组件3的受压面积，因此高压腔b进入的压力油推动滑阀组件3向克服大弹簧4的压缩力的方向移动。

由实时反馈系统连通孔c进入流量控制腔d后端j的压力油则是与大弹簧4的压缩力同向，二者形成合力作用于滑阀组件3的后端；由高压腔b进入流量控制腔d的压力油压力作用于滑阀组件3的前端，两端压力平衡，使滑阀组件3 位于一个确定的位置。这种平衡是依据转向系统的工况，实时动态地、持续不断地保持平衡，具体说明如下：

出油口i的压力等同于系统的工况压力。当工况压力增大时，需要转向泵输出更大的流量；反之亦然。当实时反馈系统从出油口i采集到工况压力P,经过节流阀11和实时反馈系统连通孔c进入流量控制腔d的后端j，与大弹簧4的压缩力F形成合力推动滑阀组件3，克服高压腔b的进油压力P1使滑阀组件3移动，此时泵的输出流量不断增大、工况压力随之减小，直至达到高压腔b的进油压力P1与工况压力P和大弹簧4的压缩力F形成的合力平衡，完成输出流量变化的过程。

现假设有工况压力大Pmax和工况压力小Pmin两种工况。图5a原理图可见，当工况为Pmax时，高的压力油通过节流阀11输送到流量控制腔d的后端j，此时Pmax + F > P1,推动滑阀组件3移动,使系统获得较大的供油量Qmax，直至Pmax + F = P1达到平衡,输出流量变化的过程结束。

同理，图5b原理图可见，当工况为Pmin时，P1 > Pmin + F,推动滑阀组件3反向移动,使系统获得较小的供油量Qmin，直至Pmin + F = P1达到平衡，输出流量变化的过程结束。