某型燃油泵調(diào)節(jié)器性能仿真分析

鞠德寶，劉金鵬

（中國(guó)航發(fā)長(zhǎng)春控制科技有限公司，長(zhǎng)春130102）

1 引言

某型燃油泵調(diào)節(jié)器為渦輪起動(dòng)機(jī)配套，其功用是向起動(dòng)機(jī)燃油總管提供定量燃油和給液壓離合器提供滑油，從而滿足起動(dòng)機(jī)在加速狀態(tài)和工作轉(zhuǎn)速下的燃油需求。該燃油泵調(diào)節(jié)器在使用過程中因其工作原理及結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自身性能調(diào)整點(diǎn)多達(dá)7 處，各調(diào)整點(diǎn)之間參數(shù)相互影響，導(dǎo)致產(chǎn)品性能調(diào)整困難。同時(shí)，因產(chǎn)品出口的燃油供油量與起動(dòng)機(jī)需油量不匹配，外廠使用時(shí)引起產(chǎn)品故障；因不能掌握燃油泵調(diào)節(jié)器和起動(dòng)機(jī)供需油特性曲線，排故過程中對(duì)調(diào)試點(diǎn)的調(diào)試隨機(jī)性較大，給故障排查帶來困難。為進(jìn)一步分析該產(chǎn)品的供油流量調(diào)整方法及供油特性，對(duì)該產(chǎn)品運(yùn)用AMESim 仿真軟件進(jìn)行仿真分析，建立產(chǎn)品流量調(diào)整影響分析曲線及供油曲線。

2 燃油泵調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)及工作原理

燃油泵調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，包括燃油齒輪泵、柱塞、襯套、配重、起動(dòng)活門、回油活門、減壓活門等組成。燃油泵為一級(jí)外嚙合齒輪式油泵，燃油經(jīng)齒輪泵加壓后進(jìn)入低壓腔，增壓燃油分三路流出，一路燃油通過回油活門回到燃油泵進(jìn)口；另一路燃油進(jìn)入柱塞和滑閥組件，在離心配重和離心活門彈簧控制下，經(jīng)閥口流回燃油泵進(jìn)口；最后一路燃油從產(chǎn)品燃油出口流出向起動(dòng)機(jī)供油。在供油過程中隨著泵轉(zhuǎn)速及供油壓力的變化，通往產(chǎn)品出口的油量也隨之變化。在燃油泵調(diào)節(jié)器控制柱塞處設(shè)有滑油進(jìn)、出口，隨著滑閥柱塞上下移動(dòng)，控制滑油出口開度，進(jìn)而控制滑油流量。

3 仿真模型建立及參數(shù)設(shè)定

運(yùn)用AMESim 仿真軟件提供的控制元件庫(kù)、機(jī)械庫(kù)、液壓元件庫(kù)相應(yīng)元件模型，根據(jù)產(chǎn)品工作原理及其結(jié)構(gòu)搭建產(chǎn)品系統(tǒng)仿真模型，對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行仿真分析，具體仿真建模如下。

3.1 燃油齒輪泵供油流量仿真

燃油泵調(diào)節(jié)器的齒輪泵是13 個(gè)齒的外嚙合齒輪泵。因齒輪泵在工作過程中實(shí)際供油流量受到產(chǎn)品容積效率，出口供油壓力、泄露量等多因素的影響，在仿真過程中按純理論計(jì)算與產(chǎn)品實(shí)際相差較大。但產(chǎn)品實(shí)際輸出流量受其供油流量的直接影響。為保證仿真結(jié)果的真實(shí)性，在不影響仿真結(jié)果的前提下對(duì)仿真過程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理。對(duì)產(chǎn)品齒輪泵部分進(jìn)行供油量摸底試驗(yàn)，掌握其在不同壓力下的供油特性曲線，并運(yùn)用AMESim 仿真軟件FXYA02 控制模塊，對(duì)流量摸底數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理，建立齒輪泵供油特性曲線。該處理形式避免了復(fù)雜煩瑣的齒輪泵仿真建模程序，其結(jié)果與齒輪泵實(shí)際供油量相吻合，對(duì)其燃油泵調(diào)節(jié)器整體性能仿真更具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

3.2 離心配重仿真計(jì)算

在產(chǎn)品柱塞滑閥控制部分，滑閥上下移動(dòng)的位移和速度，是由離心配重的推力和離心活門彈簧力雙重控制作用的結(jié)果。在工作轉(zhuǎn)速下離心飛重對(duì)柱塞產(chǎn)生的作用力建立函數(shù)公式[1，2]計(jì)算得：

式中，F(xiàn)受為離飛重受力端產(chǎn)生的離心力；F作為離飛重作用在滑閥柱塞上的力；v為飛重線速度；m為飛重質(zhì)量，7g；n為飛重轉(zhuǎn)速，r/min；R為飛重重心距旋轉(zhuǎn)軸的距離，12mm；r1為F受力距飛重焦點(diǎn)的距離，13mm；r2為F作力距飛重焦點(diǎn)的距離，8.5mm。

3.3 燃油泵調(diào)節(jié)器其他結(jié)構(gòu)部件仿真

根據(jù)產(chǎn)品工作及結(jié)構(gòu)原理運(yùn)用AMESim 仿真軟件中的元件庫(kù)搭建產(chǎn)品仿真模型。依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸、產(chǎn)品裝配、調(diào)試技術(shù)要求規(guī)定的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)已建模型賦予參數(shù)數(shù)值，建立產(chǎn)品仿真模型如圖1 所示。

圖1 燃油泵調(diào)節(jié)器仿真模型

4 仿真分析

4.1 燃油泵調(diào)節(jié)器供油流量曲線仿真分析

建模后，根據(jù)產(chǎn)品裝配試驗(yàn)技術(shù)要求，對(duì)其控制部分彈簧、活門、節(jié)流孔進(jìn)行參數(shù)設(shè)置并調(diào)整。因影響燃油泵調(diào)節(jié)器供油流量特性因素較多，且各影響因素間無完全獨(dú)立關(guān)系相互影響，在進(jìn)行模型調(diào)參時(shí)需反復(fù)迭代運(yùn)算。整個(gè)產(chǎn)品仿真調(diào)參的過程也是產(chǎn)品實(shí)際裝配試驗(yàn)的調(diào)整過程，最終建立產(chǎn)品供油流量特性曲線。

4.2 部件調(diào)整對(duì)產(chǎn)品流量特性的影響分析

根據(jù)已建立的仿真模型及其產(chǎn)品流量特性，對(duì)于影響產(chǎn)品流量的7 處逐項(xiàng)進(jìn)行流量分析。得出分析結(jié)果如下：

1）離心活門彈簧對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)速2 500r/min 之后的供油流量特性有很大影響，預(yù)緊力越大供油流量波動(dòng)越大；剛度越大2 500～4 000r/min 供油流量特性曲線斜率越大。

2）減壓活門彈簧預(yù)緊力對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)速3 500～4 500r/min 的供油流量有很大影響，預(yù)緊力越大供油流量越大；減壓活門彈簧剛度對(duì)產(chǎn)品供油流量特性影響較小。

3）調(diào)整螺釘殼體孔徑對(duì)產(chǎn)品轉(zhuǎn)速3 500～4 500r/min 的供油流量有很大影響，孔徑越大供油流量越小。

4）起動(dòng)活門彈簧預(yù)緊力對(duì)產(chǎn)品0～4 000r/min 的供油流量特性有很大影響，彈簧預(yù)緊力越大供油流量越大，在0～1 500r/min供油流量特性曲線斜率越小；彈簧剛度對(duì)其流量幾乎無影響。

5）回油活門調(diào)整螺釘開度對(duì)產(chǎn)品0～4 550r/min 供油流量特性有較大影響，調(diào)整螺釘開度越大供油流量越小。

6）供油噴嘴孔徑對(duì)產(chǎn)品0～4 150r/min 和4 500～5 000r/min供油流量特性有較大影響，調(diào)整螺釘開度越大供油流量越小。

7）回油噴嘴孔徑對(duì)產(chǎn)品4 500～5 000r/min 的供油流量特性有明顯影響，回油噴嘴孔徑越大供油流量越小。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)燃油泵調(diào)節(jié)器AMESim 仿真供油流量曲線，以及各調(diào)整點(diǎn)參數(shù)對(duì)產(chǎn)品性能的影響結(jié)果，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)調(diào)試，其試驗(yàn)結(jié)果與仿真分析結(jié)果相吻合。同時(shí)，依據(jù)燃油泵調(diào)節(jié)器AMESim 仿真分析，制訂了產(chǎn)品供油流量曲線與起動(dòng)機(jī)需油曲線不配問題的解決方案，對(duì)產(chǎn)品供油曲線進(jìn)行調(diào)整，產(chǎn)品性能合格，故障不復(fù)現(xiàn)。

6 結(jié)語

依據(jù)燃油泵試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立燃油泵調(diào)節(jié)器系統(tǒng)仿真模型，簡(jiǎn)化了仿真建模流程，提高了仿真分析結(jié)果的準(zhǔn)確率。通過建模仿真系統(tǒng)科學(xué)地分析了產(chǎn)品供油特性曲線以及各調(diào)整點(diǎn)對(duì)產(chǎn)品供油的影響。通過產(chǎn)品實(shí)際試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了仿真結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性，將以往的點(diǎn)性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為線型數(shù)據(jù)，對(duì)產(chǎn)品故障排查具有指導(dǎo)意義，調(diào)整了產(chǎn)品的供油曲線，解決了產(chǎn)品外廠的使用故障。