第三章液压泵.

第3章液压动力元件液压泵与液压马达，是液压系统中的能量转换装置。本章主要介绍几种典型的液压泵的工作原理、结构特点、性能参数以及应用。液压泵将原动机输出的机械能转换成压力能，属于动力元件，其功用是给液压系统提供足够的压力油以驱动系统工作。因此，液压泵的输入参量为机械参量(转矩T和转速n)，输出参量为液压参量(压力p和流量q)。目录3.1液压泵概述3.2齿轮泵3.3叶片泵3.4柱塞泵3.5液压泵的选用3.1液压泵概述液压泵的工作原理单柱塞容积式泵的工作原理图1—偏心轮2—柱塞3—缸体4—弹簧5—压油单向阀6—吸油单向阀a—密封油腔3.1液压泵概述液压泵的工作原理动画3.1液压泵概述液压泵的特点液压泵的性能参数主要有压力、转速、排量、流量、功率和效率。液压泵的主要性能参数3.1液压泵概述压力np额定压力maxp最高允许压力p工作压力吸入压力在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所允许的最高压力泵短时间内所允许超载使用的极限压力实际工作时的输出压力，即液压泵出口的压力液压泵进口处的压力3.1液压泵概述转速n额定转速maxn最高转速minn最低转速液压泵的主要性能参数在额定压力下，根据试验结果推荐能长时间连续运行并保持较高运行效率的转速在额定压力下，能保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的最低转速3.1液压泵概述排量及流量液压泵的主要性能参数tq理论流量q实际流量排量V在不考虑泄漏的情况下，液压泵主轴每转一周，所排出的液体的体积在不考虑泄漏的情况下，液压泵在单位时间内所排出的液体的体积的平均值tqnV指实际运行时，在不同压力下液压泵所排出的流量流量不均匀系数q瞬时理论流量tshq额定流量nq3.1液压泵概述液压泵的主要性能参数排量及流量在额定压力、额定转速下，按试验标准规定必须保证的输出流量由于运动学机理，液压泵的流量往往具有脉动性，液压泵某一瞬间所排的理论流量在液压泵的转速一定时，因流量脉动造成的流量不均匀程度tshmaxtshminqt()()qqq3.1液压泵概述输入功率Pi输出功率Po理论功率Pt液压泵的主要性能参数功率原动机的输出功率，即实际驱动泵轴所需的机械功率i2πPTnT输出功率(kW)用其实际流量q和进、出口压力差p的乘积表示Oppqttt2πPpqnT如果液压泵在能量转换过程中没有能量损失，则输入功率与输出功率相等，即为理论功率3.1液压泵概述液压泵的主要性能参数效率机械效率容积效率总效率tmTTllVtt11qqqqqnVoVmiPp液压泵的噪声通常用分贝衡量，液压泵的噪声产生的原因主要包括：流量脉动、液流冲击、零部件的振动和摩擦，以及液压冲击等。3.1液压泵概述噪声液压泵的主要性能参数3.1液压泵概述液压泵和液压马达的图形符号3.2齿轮泵齿轮泵动画工作原理3.2齿轮泵CB-B型齿轮泵结构图工作原理l—壳体2—主动齿轮3—从动齿轮3.2齿轮泵工作原理齿轮泵的工作原理图3.2齿轮泵由于齿轮两端面与泵盖的间隙以及齿轮的齿顶与泵体内表面的间隙都很小，因此，一对啮合的轮齿，将泵体、前后泵盖和齿轮包围的密封容积分隔成左、右两个密封工作腔。当原动机带动齿轮如图示方向旋转时，右侧的轮齿不断退出啮合，而左侧的轮齿不断进入啮合，因啮合点的啮合半径小于齿顶圆半径，右侧退出啮合的轮齿露出齿间，其密封工作腔容积逐渐增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压力的作用下经泵的吸油口进入这个密封油腔——吸油腔。随着齿轮的转动，吸入的油液被齿间转移到左侧的密封工作腔。左侧进入啮合的轮齿使密封油腔——压油腔容积逐渐减小，把齿间油液挤出，从压油口输出，压入液压系统。这就是齿轮泵的吸油和压油过程。齿轮连续旋转，泵连续不断地吸油和压油。工作原理结构特点分析3.2齿轮泵1.泄漏问题泵体的内圆和齿顶径向间隙的泄漏齿面啮合处间隙的泄漏齿轮端面间隙的泄漏齿轮泵由于泄漏量较大，其额定工作压力不高，要想提高齿轮泵的额定压力并保证较高的容积效率，首先要解决沿端面间隙的泄漏问题。3.2齿轮泵结构特点分析2.困油现象为了保证齿轮传动的平稳性，保证吸压油腔严格地隔离以及齿轮泵供油的连续性，根据齿轮啮合原理，就要求齿轮的重叠系数大于1，这样在齿轮啮合中，在前一对轮齿退出啮合之前，后一对轮齿已经进入啮合。在两对轮齿同时啮合的时段内，就有一部分油液困在两对轮齿所形成的封闭油腔内，既不与吸油腔相通也不与压油腔相通。这个封闭油腔的容积，开始时随齿轮的旋转逐渐减少，以后又逐渐增大，封闭油腔容积减小时，困在油腔中的油液受到挤压，并从缝隙中挤出而产生很高的压力，使油液发热，轴承负荷增大；而封闭油腔容积增大时，又会造成局部真空，产生气穴现象。这些都将使齿轮泵产生强烈的振动和噪音，这就是困油现象。3.2齿轮泵齿轮泵的困油现象3.2齿轮泵3.不平衡的径向力结构特点分析在齿轮泵中，作用在齿轮外圆上的压力是不相等的。齿轮周围压力不一致，使齿轮轴受力不平衡。从泵的进油口沿齿顶圆圆周到出油口齿和齿之间的油的压力，从压油口到吸油口按递减规律分布，这些力的合力构成了一个不平衡的径向力。其带来的危害是加重了轴承的负荷，并加速了齿顶与泵体之间磨损，影响泵的寿命。可以采用减小压油口的尺寸、加大齿轮轴和轴承的承载能力、开压力平衡槽、适当增大径向间隙等办法来解决。齿轮泵径向受力图3.2齿轮泵排量和流量计算D——齿轮节圆直径；h——齿轮扣除顶隙部分的有效齿高，h=2m；B——齿轮齿宽；Z——齿轮齿数；M——齿轮模数3.2齿轮泵外啮合齿轮泵的排量是这两个轮齿的齿间槽容积的总合。如果近似地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积，那么外啮合齿轮泵的排量计算式为：2π2πVDhBzmB其中3.2齿轮泵排量和流量计算n——齿轮泵的转速V——齿轮泵的容积效率齿轮泵的实际流量q为：2V6.66VqVnzmBn其中3.2齿轮泵根据齿轮啮合原理可知，齿轮在啮合过程中，啮合点是沿啮合线不断变化的，造成吸、压油腔的容积变化率也是变化的，因此齿轮泵的瞬时流量是脉动的。设和分别表示齿轮泵的最大和最小瞬时流量，则其流量的脉动率为maxshqminshq排量和流量计算shmaxshminq()()100%qqq内啮合齿轮泵内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵两种(a)渐开线齿轮泵(b)摆线齿轮泵1—吸油腔2—压油腔3—隔板3.2齿轮泵螺杆泵螺杆泵的工作机构是由互相啮合且装于定子内的三根螺杆组成，中间一根为主动螺杆，由电机带动，旁边两根为从动螺杆、另外还有前、后端盖等主要零件组成。1—从动螺杆2—吸油腔3—主动螺杆4—压油腔3.2齿轮泵螺杆的啮合线把主动螺杆和从动螺杆的螺旋槽分割成多个相互隔离的密封腔。随着螺杆的旋转，这些密封工作腔一个接一个地在左端形成，不断地从左到右移动。主动螺杆每转一周，每个密封工作腔便移动一个螺旋导程。因此，在左端吸油腔，密封油腔容积逐渐增大，进行吸油，而在右端压油腔，密封油腔容积逐渐减小，进行压油。由此可知，螺杆直径愈大，螺旋槽愈深，泵的排量就愈大；螺杆愈长，吸油口2和压油口4之间密封层次愈多，泵的额定压力就愈高。3.2齿轮泵螺杆泵的工作原理叶片泵3.3叶片泵叶片泵分单作用式和双作用式。转子旋转一周进行一次吸油、压油，并且流量可调节，故称变量泵。单作用式叶片泵转子旋转一周，进行二次吸油、压油，并且流量不可调节，故称定量泵。双作用式叶片泵单作用叶片泵的工作原理图1—转子2—定子3—叶片3.3叶片泵工作原理单作用叶片泵单作用叶片泵动画3.3叶片泵单作用叶片泵双作用叶片泵双作用叶片泵的工作原理图1—定子2—转子3—叶片3.3叶片泵工作原理3.3叶片泵双作用叶片泵外反馈限压式变量叶片泵的工作原理图3.3叶片泵工作原理限压式变量叶片泵外反馈限压式变量叶片泵的工作原理动画3.3叶片泵工作原理限压式变量叶片泵3.3叶片泵限压式变量叶片泵的工作原理转子的中心O是固定不变的，定子(其中心O1)可以水平左右移动，它在限压弹簧的作用下被推向右端，使定子和转子的中心保持一个偏心距。当泵的转子按逆时针旋转时，转子上部为压油区，压力油的合力把定子向上压在滑块滚针支承上。定子右边有一个反馈柱塞，它的油腔与泵的压油腔相通。设反馈柱塞面积为A，则作用在定子上的反馈力为pA，当液压力小于弹簧力时，弹簧把定子推向最右边，此时偏心距为最大值,，q=。当泵的压力增大，pA＞FS时，反馈力克服弹簧力，把定子向左推移，偏心距减小，流量降低，当压力大到泵内偏心距所产生的流量全部用于补偿泄漏时，泵的输出流量为零，不管外载再怎样加大，泵的输出压力不会再升高，这就是此泵被称为限压式变量叶片泵的由来。maxemaxemaxq当p＜pc时，油压的作用力还不能克服弹簧的预压紧力，这时定子的偏心距不变，泵的理论流量不变，但由于供油压力增大时，泄漏量增大，实际流量减小，所以流量曲线为AB段；当p=pc时，B为特性曲线的转折点；当p＞pc时，弹簧受压缩，定子偏心距减小，使流量降低，如图曲线BC所示。3.3叶片泵限压式变量叶片泵特征曲线限压式变量叶片泵的特性曲线由限压式变量叶片泵的工作原理可知：改变反馈柱塞的初始位置，可以改变初始偏心距的大小，从而改变了泵的最大输出流量，即使曲线AB段上下平移；改变压力弹簧的预紧力的大小，可以改变Pc的大小，使曲线拐点B左右平移；改变压力弹簧的刚度，可以改变BC的斜率，弹簧刚度增大，BC段的斜率变小，曲线BC段趋于平缓。掌握了限压式变量泵的上述特性，可以很好地为实际工作服务。3.3叶片泵特征曲线的调节限压式变量叶片泵3.4柱塞泵柱塞泵按柱塞排列和运动方式的不同分轴向柱塞泵和径向柱塞泵。柱塞泵是柱塞的轴线和传动轴的轴线平行。轴向柱塞泵是柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直。径向柱塞泵径向柱塞泵的工作原理图1—柱塞2—转子3—衬套4—定子5—配流轴3.4柱塞泵径向柱塞泵工作原理3.4柱塞泵径向柱塞泵工作原理3.4柱塞泵径向柱塞泵的工作原理转子的中心与定子中心之间有一偏心距e，柱塞径向排列安装在缸体中，缸体由原动机带动连同柱塞一起旋转，柱塞在离心力(或低压油)作用下抵紧定子内壁，当转子连同柱塞按图示方向旋转时，右半周的的柱塞往外滑动，柱塞底部的密封工作腔容积增大，于是通过配流轴轴向孔吸油；左半周的柱塞往里滑动，柱塞孔内的密封工作腔容积减小，于是通过配流轴轴向孔压油。转子每转一周，柱塞在缸孔内吸油、压油各一次。当移动定子改变偏心距e的大小时，泵的排量就得到改变；当移动定子使偏心距从正值变为负值时，泵的吸、压油腔就互换。因此径向柱塞泵可以制成单向或双向变量泵。径向柱塞泵径向尺寸大，转动惯量大，自吸能力差，且配流轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损，这些都限制了其转速与压力的提高，故应用范围较小。常用于拉床、压力机或船舶等大功率系统。轴向柱塞泵直轴式轴向柱塞泵的工作原理1—传动轴2—斜盘3—柱塞4—缸体5—配流盘3.4柱塞泵工作原理轴向柱塞泵3.4柱塞泵工作原理3.4柱塞泵轴向柱塞泵的工作原理柱塞泵是依靠柱塞在缸体内作往复运动的，使得密封油腔容积变化而实现吸油和压油。柱塞和配油盘形成若干个密封工作油腔，斜盘倾角(斜盘工作表面与垂直于轴线方向的夹角)为。油缸体内均布着几个柱塞孔，柱塞在柱塞孔里滑动。当传动轴带着缸体和柱塞一起旋转时(图示逆时针)，柱塞在缸体内作往复运动，在自下而上回转的半周内，柱塞逐渐向外伸出，使缸体内密封油腔容积增加，形成局部真空，于是油液就通过配油盘的吸油窗口a进入缸体中。在自上而下的半周内，柱塞被斜盘推着逐渐向里缩回，使密封油腔容积减小，将液体从配油窗口b排出去。这样，缸体每转动一周，完成一次吸油和一次压油。3.4柱塞泵结构举例直轴式轴向柱塞泵的结构3.5液压泵的选用液压泵是液压系统的动力元件，其作用是供给系统一定流量和压力的油液，因此也是液压系统的核心元件。合理地选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。选择液压泵的原则：应根据主机工况、功率大小和系统