机油泵限压阀阀芯对流量稳定性的影响

王建春，周知进，胡斌梁

（1.湖南科技大学机电工程学院，湖南湘潭 411201；2.湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室，湖南湘潭 411201）

0 前言

流量的稳定性是机油泵综合性能的主要体现[1]，机油泵最常见的不稳定性主要表现在流量突然降低，这种现象往往是由于限压阀上的阀芯偏离正确配合面，阀芯不能正常复位而造成的。限压阀是在整个发动机润滑系统回路中，如果遇到压力过高时，为保护回路中的仪表仪器及传感设施不受损坏而自动卸荷的装置。限压阀在汽车润滑系统中是一种过载保护装置，其基本结构有独立式和内置式两种。为保证机油泵在正常供油情况下的稳定性，以独立式限压阀居多，独立式结构不仅可减少机油泵本身的加工难度、提高加工精度，而且对回路油压稳定性有优势。许多限压阀是装在机油泵的出油管路中，其限压阀阀芯目前一般采取球阀芯和锥阀芯两种结构型式。

目前国内常见的机油泵限压阀大都是锥面对锥面接触达到密封的，这样限压阀阀体和阀芯的锥面部位加工难度较大，且两者达到一致的难度较大；对弹簧两端面的平行度要求也很高，且由于对中性差，阀体和阀芯的接触面有时会出现椭圆与圆配合的现象，使密封性变差，造成部份机油泵限压阀在工作时有渗漏现象，甚至出现开启压力不稳定等问题[2]。

而用钢球做阀芯的限压阀，钢球是由按国标GB/T308控制质量的专业生产厂家生产，其硬度高、球形误差小、表面质量与圆度等公差要求都能得到很好地保证。由于钢球各方向都是圆的，具有自动调心能力，对中性好，钢球对锥面的密封性好，泄压后钢球的复位性也好于锥面阀芯，因此机油泵限压阀在工作时无渗漏现象、且开启压力较稳定。

为了比较两种阀芯限压阀对开启压力波动的影响，在湖南江滨机器集团有限公司机油泵实验台进行了大量实验，获得了许多实验数据。

1 限压阀芯接触型式比较

图1和图2是使用圆柱圆锥面阀芯和使用钢球阀芯时接触面可能出现的情况分析。第一种情况，阀体锥面与阀芯锥面接触式，若两者轴线对中，则接触面密封较好，如图1（a）所示。当两者轴线由于各种原因导致阀芯复位时不能对中，则出现阀体圆面与阀芯椭圆面配合的情况出现，这样就会造成液压油泄漏增大，开启压力不稳，如图1（b）所示。

图1 限压阀锥阀芯正常与轴线偏离图

而采用球阀芯的限压阀，其特点是阀芯呈球形，具有自动调心性，可以补偿不同心度和阀体轴挠度两者轴线造成的误差，具有较好的接触面密封性能。如图2所示。

图2 限压阀球阀芯结构图

2 实验装置

本研究试验系统如图3所示。

图3 试验台的传动及管路

在发动机系统中，机油压力不稳定的主要原因除了与油压回路有关外，决定因素在于机油泵本身的结构设计和齿部参数[4]，因此，本实验研究是在模拟发动机润滑回路工况条件下进行的。实验开始前由油箱中油温加热器将油温加热至80oC，机油泵通过调速电机直接带动，机油泵限压阀安装在机油泵出口处，接下来的管道中分别安装有压力传感器、主油路限压阀、流量计和调压阀等。

每种阀芯的限压阀采用了12个同型号限压阀的进行对比试验[3]，其中锥阀芯的编号为001～012，球阀芯的编号为020～031，其实验的结果和数据如表1。

表1 锥形与钢球阀芯对机油泵稳定性的对比试验

从实验数据表1和图4可以看出，采用球阀芯限压阀的开启压力始终在1.5 MPa附近微幅波动，而采用锥阀的开启压力则波动巨大。采用锥阀芯限压阀开启压力均值为1.172 5 MPa，偏差为0.082 3，而采用球阀芯开启压力均值为1.515 MPa，偏差为2.454 5×10-4，从偏差数据可以得出锥阀芯限压阀数据严重分散，而球阀芯开启压力则在均值附近有微小波动。因此，无论在什么情况下采用钢球都优于锥芯，锥阀芯限压阀基本上难以达到设计要求。对于车用动力系统，机油压力的稳定致关重要，如果限压阀出现问题，势必导致供油特性变化[5-6]，严重时会导致发动机抱轴、烧瓦。机油泵保持流量稳定性在设计生产限压阀时应该特别注意阀芯的问题。

图4 两种阀芯限压阀开启压力对比曲线

4 结论

通过在湖南江滨机器集团有限公司机油泵试验台进行的大量实验，并对实验数据进行了深入分析，得出如下结论：机油泵的限压阀阀芯型式对开启压力波动具有重大影响，经过球阀芯和锥阀芯的比较研究，采用钢球的阀芯的压力稳定性比锥形好，所以采用钢球作为阀芯对保持机油泵的流量稳定有很重要的意义。

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