某型燃油泵調節器性能仿真分析

鞠德寶，劉金鵬

（中國航發長春控制科技有限公司，長春130102）

1 引言

某型燃油泵調節器為渦輪起動機配套，其功用是向起動機燃油總管提供定量燃油和給液壓離合器提供滑油，從而滿足起動機在加速狀態和工作轉速下的燃油需求。該燃油泵調節器在使用過程中因其工作原理及結構復雜，自身性能調整點多達7 處，各調整點之間參數相互影響，導致產品性能調整困難。同時，因產品出口的燃油供油量與起動機需油量不匹配，外廠使用時引起產品故障；因不能掌握燃油泵調節器和起動機供需油特性曲線，排故過程中對調試點的調試隨機性較大，給故障排查帶來困難。為進一步分析該產品的供油流量調整方法及供油特性，對該產品運用AMESim 仿真軟件進行仿真分析，建立產品流量調整影響分析曲線及供油曲線。

2 燃油泵調節器的結構及工作原理

燃油泵調節器結構復雜，包括燃油齒輪泵、柱塞、襯套、配重、起動活門、回油活門、減壓活門等組成。燃油泵為一級外嚙合齒輪式油泵，燃油經齒輪泵加壓后進入低壓腔，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口；另一路燃油進入柱塞和滑閥組件，在離心配重和離心活門彈簧控制下，經閥口流回燃油泵進口；最后一路燃油從產品燃油出口流出向起動機供油。在供油過程中隨著泵轉速及供油壓力的變化，通往產品出口的油量也隨之變化。在燃油泵調節器控制柱塞處設有滑油進、出口，隨著滑閥柱塞上下移動，控制滑油出口開度，進而控制滑油流量。

3 仿真模型建立及參數設定

運用AMESim 仿真軟件提供的控制元件庫、機械庫、液壓元件庫相應元件模型，根據產品工作原理及其結構搭建產品系統仿真模型，對產品性能進行仿真分析，具體仿真建模如下。

3.1 燃油齒輪泵供油流量仿真

燃油泵調節器的齒輪泵是13 個齒的外嚙合齒輪泵。因齒輪泵在工作過程中實際供油流量受到產品容積效率，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算與產品實際相差較大。但產品實際輸出流量受其供油流量的直接影響。為保證仿真結果的真實性，在不影響仿真結果的前提下對仿真過程進行簡化處理。對產品齒輪泵部分進行供油量摸底試驗，掌握其在不同壓力下的供油特性曲線，并運用AMESim 仿真軟件FXYA02 控制模塊，對流量摸底數據進行整合處理，建立齒輪泵供油特性曲線。該處理形式避免了復雜煩瑣的齒輪泵仿真建模程序，其結果與齒輪泵實際供油量相吻合，對其燃油泵調節器整體性能仿真更具有現實指導意義。

3.2 離心配重仿真計算

在產品柱塞滑閥控制部分，滑閥上下移動的位移和速度，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果。在工作轉速下離心飛重對柱塞產生的作用力建立函數公式[1，2]計算得：

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

3.3 燃油泵調節器其他結構部件仿真

根據產品工作及結構原理運用AMESim 仿真軟件中的元件庫搭建產品仿真模型。依據產品設計尺寸、產品裝配、調試技術要求規定的設計參數對已建模型賦予參數數值，建立產品仿真模型如圖1 所示。

圖1 燃油泵調節器仿真模型

4 仿真分析

4.1 燃油泵調節器供油流量曲線仿真分析

建模后，根據產品裝配試驗技術要求，對其控制部分彈簧、活門、節流孔進行參數設置并調整。因影響燃油泵調節器供油流量特性因素較多，且各影響因素間無完全獨立關系相互影響，在進行模型調參時需反復迭代運算。整個產品仿真調參的過程也是產品實際裝配試驗的調整過程，最終建立產品供油流量特性曲線。

4.2 部件調整對產品流量特性的影響分析

根據已建立的仿真模型及其產品流量特性，對于影響產品流量的7 處逐項進行流量分析。得出分析結果如下：

1）離心活門彈簧對產品轉速2 500r/min 之后的供油流量特性有很大影響，預緊力越大供油流量波動越大；剛度越大2 500～4 000r/min 供油流量特性曲線斜率越大。

2）減壓活門彈簧預緊力對產品轉速3 500～4 500r/min 的供油流量有很大影響，預緊力越大供油流量越大；減壓活門彈簧剛度對產品供油流量特性影響較小。

3）調整螺釘殼體孔徑對產品轉速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）起動活門彈簧預緊力對產品0～4 000r/min 的供油流量特性有很大影響，彈簧預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；彈簧剛度對其流量幾乎無影響。

5）回油活門調整螺釘開度對產品0～4 550r/min 供油流量特性有較大影響，調整螺釘開度越大供油流量越小。

6）供油噴嘴孔徑對產品0～4 150r/min 和4 500～5 000r/min供油流量特性有較大影響，調整螺釘開度越大供油流量越小。

7）回油噴嘴孔徑對產品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 試驗驗證

針對燃油泵調節器AMESim 仿真供油流量曲線，以及各調整點參數對產品性能的影響結果，對產品進行試驗調試，其試驗結果與仿真分析結果相吻合。同時，依據燃油泵調節器AMESim 仿真分析，制訂了產品供油流量曲線與起動機需油曲線不配問題的解決方案，對產品供油曲線進行調整，產品性能合格，故障不復現。

6 結語

依據燃油泵試驗數據建立燃油泵調節器系統仿真模型，簡化了仿真建模流程，提高了仿真分析結果的準確率。通過建模仿真系統科學地分析了產品供油特性曲線以及各調整點對產品供油的影響。通過產品實際試驗進一步驗證了仿真結構的準確性，將以往的點性數據轉化為線型數據，對產品故障排查具有指導意義，調整了產品的供油曲線，解決了產品外廠的使用故障。