上海浦东大学 第1章 液压泵

第一章液压泵第一节液压泵概述第二节齿轮泵第三节叶片泵第四节柱塞泵第五节螺杆泵第六节各类泵性能比较与应用液压理论与维护课程2第一节液压泵概述一、液压泵基本原理与分类液压泵是液压传动系统中的能量转换元件，是液压传动系统的动力元件。液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成油液的压力能再输入到系统中去。液压泵按其工作原理和结构可分为容积式和非容积式两类。（容积泵和非容积泵）为获得较高的工作压力，在液压传动系统中,通常采用容积式泵。（一）容积泵的工作原理容积泵的工作原理：依靠液压泵密封的工作腔容积大小的交替变化，实现液体的吸入与输出。液压理论与维护课程3（一）容积泵的工作原理工作原理：液压泵吸油时，油箱的油液在大气压作用下使吸油阀开启，而压油阀在阀的弹簧作用下关闭；液压泵输油时，吸油阀在液压和弹簧作用下关闭，而压油阀在液压作用下开启。这种吸入和输出油液的转换，称为配流。液压泵的密封工作腔处于吸油时称为吸油腔，处于输油时称为压油腔。吸油腔的压力取决于液压泵吸油口至油箱液面高度和吸油管路压力损失；压油腔压力决定于负载和压油管路压力损失。构成液压泵的基本条件:a)具有密封的工作腔；b)密封工作腔容积大小交替变化，变大时与吸油口相通，变小时与压油口相通；c)吸油口和压油口不能连通。液压理论与维护课程4（二）液压泵的分类液压泵齿轮泵叶片泵柱塞泵螺杆泵外啮合式内啮合式单作用叶片泵双作用叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵渐开线齿轮泵摆线齿轮泵（转子泵）缸体固定式（配流阀）缸体旋转式（配流轴）斜轴式斜盘式双杆泵三杆泵定量泵变量泵叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵斜轴式斜盘式液压理论与维护课程5（二）液压泵的分类液压泵单向泵双向泵定量泵变量泵定量泵变量泵液压理论与维护课程6二、液压泵的主要性能参数1.液压泵的压力工作压力：指液压泵的出口处的实际压力，其大小取决于负载。额定压力ps：指液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。2.液压泵的排量、流量排量V：指在没有泄漏情况下，泵轴转过一转时所能排出的油液体积。排量的大小仅与液压泵的几何尺寸有关。液压泵的流量可分为理论流量、实际流量和额定流量。理论流量qt：指在没有泄漏情况下，单位时间内所输出的油液体积。即qt=Vn单位：m3/s、L/min实际流量q：指单位时间内实际输出的油液体积。额定流量qs：指在额定转速和额定压力下输出的流量。液压理论与维护课程7二、液压泵的主要性能参数3.功率与效率输入功率Pi：驱动液压泵轴的机械功率。输出功率Po：液压泵输出的液压功率。理论功率：Pt=pVn=Ttω=2πTtn其中：泵的理论转距Tt=pV/(2π)泵的角速度ω泵的转速n液压理论与维护课程83.功率与效率功率损失：输入功率与输出功率之差。可分为容积损失和机械损失。（1）容积损失ηV：因内泄漏、气穴和油液在高压下受压缩而造成的流量上的损失，内泄漏是主要原因。ttttVqqqqqqq1容积损失：Δq—工作压力下泵的流量损失，即泄漏量。泄漏是由于液压泵内工作构件之间存在间隙所造成的，泄漏油液的流态可以看作为层流。Δq=k1pk1为泄漏系数VnpkqpktV1111容积损失：液压理论与维护课程93.功率与效率泵的输出压力越高，泄漏系数越大，泵的排量越小，转速越低，容积效率ηv就越小。（2）机械损失ηm：因泵内摩擦造成的转矩上的损失。若输出转矩为Tt，转矩损失为ΔT，则：TTTttm泵的总效率η：液压泵输出的液压功率与输入的机械功率之比，也等于容积效率与机械效率之乘积。mVioTpqPP液压理论与维护课程104.液压泵的特性曲线容积效率ηV（或实际流量q）随压力增高而减小，压力p为零时，泄漏量Δq为零，容积效率ηV=100%，实际流量q等于理论流量qt。总效率η随工作压力增高而增大，且有一个最高值。液压理论与维护课程11第二节齿轮泵按结构分，齿轮泵可分为内啮合和外啮合两种，其中外啮合齿轮泵应用更广泛。一、外齿轮啮合泵１、工作原理泵的壳内装有一对相同的外啮合的齿轮，齿轮两侧靠端盖封闭。壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封的工作腔。当齿轮旋转时，吸油腔由于啮合着的轮齿逐渐脱开，密封工作腔的容积逐渐增大，形成部分真空。油箱里的油液在大气压的作用下经吸油管被吸人，充填所形成的部分真空，并随着齿轮旋转。当油液到达左侧压油区时，由于轮齿在这里逐渐进入啮合，密封工作腔的容积不断减小，因而油液被挤压出去。液压泵不断地旋转，吸油、压油过程便连续进行。见齿轮泵原理图1液压理论与维护课程122、流量与脉动齿轮泵每转一周把两个齿轮所有齿槽中所存的油液全部排出。若近似地认为齿槽的容积等于轮齿的体积。若齿轮齿数为Z、节圆直径为D、齿高为h、模数为m、齿宽为b，则泵的排量为（齿槽容积稍大于轮齿体积）：V=πDhb=2πzm2b≈6.66zm2b泵的实际流量：q=6.66zm2bnηv流量脉动：实际齿轮啮合中齿槽容积是变化的，瞬时流量有脉动，齿数越少，其流量脉动率越大。脉动率为：qqqminmax液压理论与维护课程133.齿轮泵存在的问题1）困油现象为使传动平稳，啮合齿轮的重叠(啮合)系数必须大于1，即存在着两对轮齿同时啃合的情况。有一部分油液被困在两对轮齿啮合点之间的密封腔内，腔刚形成时容积较大，在继续旋转过程中，其容积变小，随后随着泵的旋转其容积又增大，密封腔既不和泵的吸油腔相通,也不和压油腔相通，腔内油液受挤压、产生很高的压力，密封腔容积增大的阶段又会造成局部真空,形成气穴。解决办法：通常是在端盖上开出卸荷槽。液压理论与维护课程143.齿轮泵存在的几个问题2）径向不平衡力齿轮泵齿轮受到压油腔高压油的油压力作用；而压油腔的油液沿泵体内孔和齿顶圆之间的径向间隙向吸油腔泄漏时，其油压力是递减的，这部分不平衡的油压力也作用于齿轮上。两个力联合作用的结果，使齿轮泵的上、下两个齿轮及其轴承都受到一个径向不平衡力的作用。解决办法：采用开压力平衡槽、缩小压油腔、提高轴的刚性的办法。3）泄漏与端面间隙补偿齿轮泵的（内）泄漏比较大，因此在结构设计、加工精度和技术要求等方面要最大限度地减少间隙泄漏以提高和保证泵的使用性能。其高压腔的压力油一般通过以下几种途径泄漏到低压腔：Ａ、端面间隙泄漏通过齿轮端面与轴套或侧板之间平行平面间的轴向间隙泄漏，是齿轮泵泄漏的主要途径（占75%~80%）；Ｂ、径向间隙泄漏通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙向低压腔泄漏（占10%~15%）；液压理论与维护课程153.齿轮泵的结构及存在的几个问题Ｃ、轮齿啮合线处的接触间隙由于啮合线接触不好，沿齿宽方向啮合线不紧密，使高压油通过啮合线向低压腔泄漏。Ｄ、外密封处间隙泄漏齿轮泵前后盖和泵体之间有外密封圈进行端面密封，以保证在工作状况下不向泵外渗油。当平面度差、密封圈填充压缩量不够及高压时前后盖、泵体变形等，都会造成这里的间隙变大引起液压油的泄漏。４）减少齿轮泵泄漏的措施Ａ、利用齿轮端面和泵体之间的固定端面间隙；Ｂ、利用压力侧板形成的固定间隙；Ｃ、利用扰性侧板形成的固定端面间隙；５）用液压平衡补偿端面间隙Ａ、用浮动轴套补偿端面间隙；Ｂ、用轴套加浮动侧板补偿端面间隙；Ｃ、用浮动侧板补偿端面间隙；６）减少径向间隙（扫膛法）目前，凡是采用浮动轴套、浮动侧板、浮动轴套加浮动侧板和铝泵体或铸铁泵体的，基本上都是采用“扫膛法”的方法减少径向间隙。液压理论与维护课程16内啮合齿轮泵有渐开线齿轮泵和摆线转子齿轮泵两种。二、内啮合齿轮泵渐开线齿轮泵由小齿轮、内齿轮和月牙形隔板等组成。小齿轮转动时驱动内齿轮同向旋转，月牙形隔板把吸油腔和压油腔隔开，轮齿脱离啮合时吸油，在压油腔轮齿啮合。摆线齿轮泵由小齿轮、内齿轮等组成，小齿轮比内齿轮少一个齿，不用隔板。原理与渐开线齿轮泵同。内啮合齿轮泵特点：结构紧凑，齿轮同向旋转，相对滑动小，磨损小，寿命长；脉动小，容积效率高，啮合重叠系数大，平稳。但齿形复杂，加工要求高，造价高。液压理论与维护课程17４.齿轮泵的使用要求和常见故障一、驱动方式一般齿轮泵要求传动装置不能对齿轮泵主动齿轮轴产生附加的轴向和径向力。齿轮泵主动齿轮轴伸与原动机输出轴之间必须采用浮动联接，如弹性联轴器和十字槽块浮动联轴器等，联轴器的径向跳动不超过0.1mm，在受到结构限制而采用花键轴直接插入原动机传动轴内花键孔进行驱动时，内花键和花键轴的径向和键侧间隙都不小于0.15mm，以适应浮动转矩，不产生附加径向力的要求。二、泵的吸油高度尽可能小齿轮泵自吸能力要求不低于16MPa，各种排量不同，制造质量对自吸能力也有影响。一般要求，泵的吸油高度不得大于0.5m，在进油管道较长的管道系统中进油管径要加大，以免造成流动阻力太大吸油不足，影响泵的工作性能。液压理论与维护课程18４.齿轮泵的使用要求和常见故障三、泵的工作油液的过滤到目前为止，多数齿轮泵的早期故障起因于油液的污染，建议对工作油液进行过滤，全流过滤是较好的，齿轮泵最初使用的油液污染等级所允许的最低值按ISO4406标准：高压齿轮泵为18/15，其余为19/16。为了达到此要求，推荐使用过滤精度β20≤100的过滤器。设置在系统回油路上的过滤精度最好为≤100，吸油口过滤网常用100目。（约180um）四、安装和试运行１、在安装之前用油液将泵充满，并转动主动齿轮以使油液进入泵内各配合表面；２、检查泵的旋向和驱动轴的旋向是否一致；３、在安装之前，将管道彻底清洗一遍，去掉污物，氧化皮等，焊接管道必须酸洗磷化后在冲洗；液压理论与维护课程19４.齿轮泵的使用要求和常见故障四、安装和试运行４、第一次运行时建议断开泵的排油，以便将空气排出泵体；５、要拧紧进出油口的管接头连接螺钉，密封要可靠，以免引起吸空或漏油，影响泵的性能；６、启动前必须检查系统中的安全阀是否在调定的压力值；７、应避免泵带负荷启动，以及在有负荷情况下停车；８、泵在工作前应进行不少于10min空负荷运行和短时间的带负荷运行，然后检查泵的工作情况，不应有漏油，过度发热，异常声响等；９、泵如长时间不用，最好将它和原动机分离保管，再度使用时，应有不少于10min空负荷运行，并进行以上试运转例行检查；液压理论与维护课程20４.齿轮泵的使用要求和常见故障五、故障分析和排除Ａ、中小排量泵在正常使用后出现供油不足和压力上不去，如属于齿轮泵本身故障，用户一般不用自行修理。中小排量轴套结构齿轮泵属于不可修复产品；Ｂ、侧板结构或轴套加侧板结构齿轮泵在正常工作一段时间后出现供油不足或压力上不去，可拆检下列几项：１）侧板工作面是否磨损严重，有无明显沟痕，轻微磨损可通过研磨恢复表面精度，注意要保证侧板两平面的平行度，不得有弯曲变形；同时检查齿轮端面，并对端面进行研磨和抛光；２）密封件磨损，需更换密封件；３）检查泵体内孔高低压区是否串通，如串通则换泵体；４）如轴承损坏，最好退到专业生产厂进行更换。液压理论与维护课程21第二节叶片泵叶片泵按其每个密封工作腔在泵每转一周时吸油排油的次数，分为单作用叶片泵和双作用叶片泵两大类。双作用叶片泵优点：叶片泵流量均匀、运转平稳、噪声小、寿命长、轮廓尺寸较小、结构较紧凑等，在机床、工程机械等中应用较多。缺点：自吸能力差、调速范围小、最高转速较低、叶片容易咬死、工作可靠性较差、结构较复杂、对油液污染较敏感等缺点，在工作环境较污秽、速度范围变化较大及工作可靠性要求很高的机械上应用相对较少。此外，叶片泵的制造工艺也较为复杂。低压叶片泵额定压力较低6.3MPa，高压叶片泵额定压力可达25~30MPa；一般允许转速为600~2000r/min，有些小排量泵可以达到2500r/min。液压理论与维护课程22一、双作用叶片泵1.双作用叶片泵结构与原理：原理与单作用叶片泵相同，不同的是定子与转子同心，转子转一周完成两次吸油和排油。泵的两个吸油区和两个压油区是对称分布的，作用在转子上的液压力径向平衡，又叫做平衡式叶片泵，轴承受力很小，泵的寿命长。见双作用叶片泵原理图注意：双作用叶片泵也有流量脉动，但很小，且叶片数为4的倍数时最小，一般取12或16片。液压理论与维护课程23一、双作用