低噪聲汽車葉片泵阻尼槽結構的優化設計分析

吳火銘　樓穎烽

摘 要：葉片泵裝置在工業生產與其它制品應用階段具有重要影響意義，本次研究主要結合相關案例，對低噪音類型汽車葉片泵裝置內部阻尼槽位結構進行深入研究，明確優化設計方向，確保其能夠在后續應用階段進一步提高靜音效果與運行質量。通過分析汽車葉片泵裝置的基礎結構與原理，并結合噪音產生來源進行探究，可以明確阻尼槽位結構優化設計方法，具有正面參考作用。本文主要針對阻尼槽位參數化建模、內部流場方針、參數優化設計進行深入研究，以供參考。

關鍵詞：低噪聲葉片泵 阻尼槽結構 優化設計

Optimization Design Analysis of Damping Groove Structure of Low-noise Vehicle Vane Pump

Wu Huoming，Lou Yingfeng

Abstract：Vane pump devices are of great significance in industrial production and application of other products. This study mainly combines relevant cases to conduct in-depth research on the internal damping groove structure of low-noise automotive vane pump devices to clarify the optimization design direction and ensure that it can further improve the mute effect and running quality in the subsequent application stage. By analyzing the basic structure and principle of the automobile vane pump device， and exploring the source of noise， the optimization design method of the damping groove structure can be clarified， which has a positive reference effect. This paper mainly conducts in-depth research on parametric modeling of damping slots， internal flow field policy， and parameter optimization design for reference.

Key words：low noise vane pump， damping groove structure， optimal design

汽車葉片泵裝置屬于一種常用結構裝置，其流量處理均勻性強，同時運行平穩性高，整體設備噪音較低同時體積小，具有正面應用價值。但是，在實際應用階段，部分汽車葉片泵裝置可能存在噪音較大的問題。為解決此類問題，需要針對低噪聲類型汽車葉狀片泵裝置阻尼槽位結構設計方法與優化措施進行深入分析，結合噪音產生原理探索未來應用方案，為后續進一步提高汽車葉片泵裝置應用質量打下堅實基礎。

1 汽車葉片泵的結構與工作原理

汽車葉片泵裝置基礎結構包括轉子、葉片、定子等關鍵模塊，在其運行過程中轉子會進入旋轉狀態，使葉片可以在離心力、壓力油的影響下緊貼于定子內側表面。通過這種方式，可以將葉片、轉子、定子構建為單一工作容積體系，使吸油與排油流程得以完成。通常情況下，汽車葉片泵裝置分為單作用與雙作用兩種[1]。單作用汽車葉片泵裝置主要由定子、葉片、配油盤等模塊組成，定子內側表面存在圓柱形狀孔位，同時與轉子之間具有偏心，葉片可以在槽內實現高速滑動效果。在轉子進入運行狀態時，其離心力與葉片根部的壓力油會發揮協同作用，使葉片頂部能夠貼于定子表面，形成穩定、密封的工作腔體結構。若轉子進入逆時針旋轉狀態，則葉片會向外伸出，使工作密封腔體結構整體容積進入增長狀態，最終形成真空條件，將油吸入內部區域。若葉片向內收縮，則密封性腔體結構的容積會快速減小，進而使腔內存在的液體可以通過配油盤進行輸出，完成系統配置效果。此類單作用汽車葉片泵裝置在轉子運行過程中，僅執行一次吸收與壓出動作，因此被成為單作用類型。其基礎轉子結構由于徑向液壓存在作用力，同時具有不平衡特征，因此又被稱為非平衡式汽車葉片泵裝置，軸承位置負載相對較高。若將定子與轉子之間的偏心量進行調整，可以有效更改泵體排量狀態，因此具有變量特征。

雙作用汽車葉片泵裝置的基礎工作原理與單作用泵體較為相似，主要差異在于定子表面位置結構。其能夠與轉子形成同心狀態。若轉子處于順時針運行狀態，則密封區域的腔體結構整體容積會在左上方與右下方位置出現逐漸擴大的趨勢。這兩個區域會成為雙作用泵體的吸油區，左下方與右上方位置會出現容積減小的趨勢，為壓油區。為隔離吸油與壓油位置，雙作用泵體通過布置封油區域的方法，使其能夠得到有效分割，避免出現混合問題[2]。在泵體轉子運行階段，各區域動作會執行兩次，因此其被稱為雙作用汽車葉片泵裝置。通常情況下，此類汽車葉片泵裝置的吸油壓油區域會處于徑向對稱狀態，因此液壓力始終具有平衡性，可以被稱為平衡泵體。由于雙作用汽車葉片泵裝置瞬時流量具有脈動特征，因此其葉片數量通常采用12或16個，確保整體運行效果處于平穩狀態。

2 汽車葉片泵噪聲來源

2.1 機械噪聲

在汽車葉片泵裝置運行過程中，噪音屬于較為常見的問題。導致汽車葉片泵裝置產生噪音的因素較為復雜，通常分為機械與流體兩種。機械噪聲如汽車葉片泵裝置運轉階段，內部葉片結構與定子結構的曲面縫隙出現嚴重磨損、碰撞，便會導致噪音問題出現。引發此類問題的核心原因與葉片內部液體壓力平衡出現問題、底部區域受力超出極限、葉片頂部與定子表面接觸比壓力過高等有關，因此在處理機械噪聲的過程中需要注重相關條件的分析。葉片與定子產生的碰撞問題同樣會導致機械噪音出現，引發碰撞的原因可能包括葉片結構運動狀態突然發生改變、泵體受到意外沖擊導致振動等有關[3]。部分罕見情況下可能與零件加工精確程度不足，內部葉片運動穩定性較低存在關聯。可以認為，葉片結構對定子的沖擊屬于機械噪音的常見原因之一。

2.2 流體噪聲

在汽車葉片泵裝置產生噪音的主要原因中，流體噪聲屬于常見類型之一。導致流體噪聲出現的主要原因可能與油液內部平衡性不足有關，在其流經葉片工作密封腔體結構內部吸油、排油位置時，若整體壓力處于不相等狀態，便會導致回沖現象的出現。這種問題會引發嚴重噪音現象，同時也有可能對汽車葉片泵裝置的運行造成負面影響。通常情況下，回沖現象的流量與工作密封腔體結構區域初始體積狀態、吸油操作壓力、排油操作壓力存在密切關聯。若整體壓力較大，便會導致回沖力度過高，進而引發強烈沖擊導致噪聲出現。此外，流體噪聲還有可能被汽車葉片泵裝置的流量脈動所影響。若泵體吸入性能不足，便會導致流量脈動引發氣蝕等噪音問題[4]。因此，在處理噪聲的過程中，應當重視流體噪聲類型，確保其主要影響因素能夠得到有效解決，為后續進一步應用泵體打下堅實基礎，實現安靜、穩定的工作活動目標，避免噪音對周邊環境產生影響。

3 低噪聲汽車葉片泵阻尼槽位結構的優化設計

3.1 阻尼槽位參數化建模

在本次研究案例中，汽車葉片泵裝置為某注塑裝置應用構件，其利用交流型伺服電動機完成驅動操作，內部動力源為液壓系統結構，可以實現流量自動適應功能，達到節能減排的目標。實際應用階段，汽車葉片泵裝置屬于雙作用平衡型，內部主要參數如表1所示。通過利用浮動側板技術達到軸向密封目標，在使用過程中浮動側板會在密封件的內部彈性影響下固定于定子表面位置。通過這種方式，能夠顯著提高運行效果，實現靜音工作目標。

在針對阻尼槽位進行參數化建模處理的過程中，本次案例定量汽車葉片泵裝置的浮動側板阻尼槽位位置屬于漸變式三角形，基礎參數為阻尼槽位包角、邊長L。在針對三角槽位液體進行分析的過程中，可以將其看做短管流動狀態研究，使高壓腔體區域流經三角槽位置的過渡補油流量進行計算，如公式（1）所示。

3.2 汽車葉片泵裝置內部流場的仿真

在優化設計過程中，需要針對汽車葉片泵裝置結構內部流場狀態進行仿真處理。此環節應當借助計算機平臺三維軟件工具操作，使其能夠對本次案例的定量汽車葉片泵裝置流體區域三維結構進行建模。汽車葉片泵裝置基礎結構包括定子模塊、轉子模塊、葉片模塊、吸油模塊、壓油模塊、阻尼槽位等多個基礎結構，如圖1所示。通過將案例三維流體模型數據加入CFD解析平臺并劃分網格，能夠有效開展仿真操作。

仿真開始時，邊界基礎條件中入口壓力應當設置為P=0.1013MPa，工作壓力應當設置為P=20.0MPa，轉速應當設置為。仿真內部基礎流體介質為液壓油材料，其參數符合ISO VG32規定標準，如表2所示。

3.3 阻尼槽位參數優化設計

在針對阻尼槽位結構的參數進行優化處理的過程中，需要明確計算方法，為后續進一步落實相關方案打下堅實基礎。根據單一工作密封腔體結構壓力微分方程內容可以明確，在因子數據為3的情況下，因子基礎水平數據為4，試驗次數應當設置為16次[5]。汽車葉片泵裝置的基礎工作密封腔體結構壓力云圖如圖2所示，單一壓力腔展開壓力數據正交試驗的16次樣本實驗結果如表3所示。通過對相關結構進行實驗能夠發現，完成汽車葉片泵裝置浮動側邊位置阻尼槽位優化后，可以明確試驗系統實施效果。根據我國應用制造行業標準的汽車葉片泵裝置與噪聲測量標準進行分析，可以發現本次案例汽車葉片泵裝置在完成優化后噪音得到顯著降低。在低轉速情況條件下，即保壓工況內，噪音數據由優化前81.57dB降低至77.24dB，同時泵體容積效率與整體效率處于穩定狀態。

4 結語

綜上所述，通過對案例汽車葉片泵裝置的基礎結構與噪音產生因素進行分析，能夠明確工程優化設計改動方向，可以為后續進一步升級葉片泵裝置靜音結構打下堅實基礎。在實踐工作階段，需要重視經典設計條件下汽車葉片泵裝置存在的噪音數據過大問題，通過采取阻尼槽位結構優化措施，使配油壓力沖擊顯著降低，削減噪音級別。此外，在優化過程中，還需要注重泵體基礎容積效率狀態與總效率狀態，避免出現改動后影響工作質量的問題，為后續提高應用經濟性打下堅實基礎。

參考文獻：

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[5]慕琴琴，燕群，徐健.葉片緣板阻尼結構阻尼效果分析[J].航空計算技術，2019，049（001）：11-14.