液压课件第三章 液压泵x

第三章液压泵第一节概述液压泵是液压系统的动力元件，将原动机输入的机械能转换为压力能输出，为执行元件提供压力油。液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的工作性能和可靠性。一、液压泵的工作原理与分类1.液压泵的工作原理以单柱塞泵为例：2.容积式液压泵的结构要素（必要条件）1）具有密闭而又可以变化的容积；2）设置专门的配流机构；3）油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。3.液压泵的分类液压泵按其在每转一周所能输出的油液体积是否可调节分成定量泵和变量泵。按构成密封又可以变化的容积空间的零件结构来划分：齿轮泵、叶片泵、柱塞泵等。二、液压泵的压力建立条件及其安装高度1.压力建立条件——外载荷液压泵的压力，一般是指其出口截面3-3处的液压力。根据伯努利方程可得4323243443)(21)(hgvvzzgpp式中——液体密度，kg/m3；g——重力加速度，m/s2；——液体由3-3截面流至4-4的能头损失，m。忽略上式中二、三项，得：43h434343pARhgpp式中R——作用在液压缸上的外载荷，N；A——液压缸的有效工作面积，m2。结论：①液压泵的输出压力取决于外载荷和整个系统的压力损失；②当R=0时，p3很小，称为液压泵的卸荷（载）工况。2.液压泵的吸液高度与安装高度吸液高度（z1-z2）：2122212212hgvvgppzzav10，则：21222212hgvgppzza吸液高度就是液压泵安装高度的理论极限值。影响液压泵吸液高度的因素：pa、v2、p2、1-2h液压泵安装高度一般为0.5~1m。增加液压泵安装高度的有效措施是：用压力油箱或用辅助泵向主泵强迫供液（增大pa）。三、液压泵的基本性能参数1.压力p（N/m2）(1）额定压力：正常工作条件下，按试验标准连续运转的最高压力，也称为公称压力。（2）最高压力：按试验标准规定，允许泵短暂运行的最高压力。（3）工作压力：泵实际工作时的压力，其大小取决于外负载和排油管路上的压力损失。液压泵按工作压力分：低压泵2.5MPa机床中压泵2.5~8MPa机床中高压泵8~16MPa工程、冶金、农业机械高压泵16~32MPa工程、冶金、采掘机械超高压泵32MPa液压支架（4）吸入压力：泵入口处的压力。2.排量和流量(1）排量V（m3/r）：泵每转一周，由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。（工程常用单位为ml/r）或V（m3/rad）：每转一弧度，由其密封容腔几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。（工程常用单位为；ml/rad）变量泵：排量可以调节。定量泵：排量为常数。排量大小只与泵的几何尺寸有关。（2）理论流量qt(m3/s)：不计泄漏，液压泵在单位时间内所排出的液体体积。则或式中n、ω——分别为液压泵主轴转速和角速度。（工程常用单位为L/min）（3）瞬时流量qtsh(m3/s):每一瞬时的流量，一般指泵的瞬时理论流量。（4）实际流量q(m3/s)：某一具体工况下，液压泵单位时间内所排出液体的体积，则VqtnVqtqqqt式中q——液压泵的泄漏流量(容积损失)。q与工作液体的粘度、泵的密封性及工作压力等因素有关。（5）额定流量qn(m3/s)：泵在正常工作条件下，按试验标准规定（额定压力、额定转速下）允许连续运行或必须保证的流量。3.功率和效率（1）理论功率Pt：不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，即（Nm/s）(2)实际输入功率Pr：驱动泵轴所需的实际机械功率。设实际输入转矩为T（Nm），则tttTpVnpqPTpr（3）实际输出功率P：实际流量q与泵的进出口压差Δp的乘积。即pqP（Nm/s）（4）容积效率v：泵经过容积损失q后的实际输出流量与理论流量之比，即Vnpkqqqqqqqlttttv11式中kl——泄漏系数或者q=qtv(5)机械效率m:泵的理论输入转矩T与实际输入转矩Tt之比。即tlltttmTTTTTTT/11式中Tl——转矩损失。（6）总效率：泵的实际输出功率P与实际输入功率Pr之比，即mvttrTqqTTpqPP液压泵性能特性曲线如右图：4.转速（1）额定转速：额定压力下，允许液压泵连续运转的最高转速（容积效率最高）。（2）最高转速：额定压力下，允许短暂运行的最大转速（受“汽穴”现象限制）。（3）最低转速：允许液压泵正常运转的最低转速（受容积效率的限制）。5.自吸能力液压泵正常运转时，并不发生汽穴或汽蚀的条件下，吸液口允许的最低压力。四、职能符号第二节齿轮泵按啮合形式分：外啮合、内啮合按齿形曲线分：渐开线齿形、圆弧齿形、摆线齿形。一、渐开线外啮合齿轮泵1.工作原理（动画）2.排量和流量bzmbmzmzV2222)2()2(4通常取V=6.66zm2b式中m——齿轮的模数z——齿轮的齿数b——齿轮的宽度理论流量实际流量zbnmqt22vzbnmq22齿轮泵瞬时流量变化图如下图tshshqqqqminmax流量脉动系数流量脉动系数随齿数的变化关系如右图。3.外啮合齿轮泵的结构特点（存在的问题）1）困油现象及消除措施困油现象产生原因：齿轮啮合的重叠系数必须大于1。困油现象的危害：闭死容积由大变小时油液受挤压，导致压力冲击和油液发热，闭死容积由小变大时，会引起汽蚀和噪声。消除方法：在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽。开设卸荷槽的原则：使闭死容积由大变小时与压油腔相通，闭死容积由小变大时与吸油腔相通。2）泄漏的产生及其解决方法齿轮泵存在端面泄漏、径向泄漏和轮齿啮合处泄漏（右图）。其中轴向泄漏占总泄漏量的75%~80%。径向泄漏占总泄漏量的15%~20%。减少轴向泄漏的方法：端面（轴向）间隙自动补偿。采用浮动轴套（或浮动侧板）的补偿装置3)液压径向力及平衡措施齿轮泵的液压径向力分布如下图：简化后的液压径向力分布如下图：作用在轴承上的径向合力如下图：从动轮上的径向力P从主动轮上的径向力P主，这就是齿轮泵的从动轮轴承早期磨损的原因。减少径向力的办法：（1）缩小压油腔（排液口）尺寸；（2）缩短径向间隙密封区（扩大压油腔、扩大吸油腔（下页））；（3）开径向液压力平衡槽(下图）。4.外啮合齿轮泵的特点优点：结构简单，尺寸小，重量轻，制造方便，价格低廉，工作可靠，转速范围大，自吸能力强，对油液污染不敏感，维护容易。缺点：流量脉动大，存在困油、齿轮所承受的径向液压力不易平衡等现象，噪音大，容积效率低，不能变量。二、渐开线内啮合齿轮泵1.工作原理2.渐开线内啮合齿轮泵的特点流量、压力脉动小、噪音低（无困油）、寿命长（齿轮接触应力小，磨损小）。加工难、成本高。图带有溢流阀的内啮合齿轮泵三、内啮合摆线齿轮泵（摆线转子泵）1.工作原理2.特点优点：结构紧凑、零件少、工作容积大；缺点：流量脉动大、齿形复杂，加工精度高，需专门的制造设备。图3-20BB型摆线泵在液压系统中常作补油、润滑等辅助泵使用。3.单流向摆线转子泵不管泵的传动轴转向如何，其进出液方向保持不变。四、螺杆泵1.工作原理2.特点结构紧凑、体积小、重量轻、自吸能力强、运转平稳、流量无脉动、噪声小、对油液污染不敏感，工作寿命长。但加工工艺复杂，加工精度高。常用在精密机床和输送粘度大或含有颗粒物质的液体。第三节叶片泵根据密封工作容积在转子旋转一周内吸、排油液的次数,叶片泵分：单作用叶片泵和双作用叶片泵。一、双作用叶片泵1.工作原理（右图）双作用叶片泵的结构如下图结构组成：定子、转子、叶片、左右配流盘、传动轴等。2.排量和流量计算排量实际输出流量vnsZrRrRBqcos)()(222式中B——转子的宽度；s——叶片的厚度；Z——叶片数；——叶片槽相对于径向的倾斜角3.结构特点1）径向力平衡。2）为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，叶片槽根部全部通压力油。3）合理设计过渡曲线形状和叶片数（z≥8），可使理论流量均匀，噪声低。4）定子曲线圆弧段圆心角β≥配流窗口的间距角γ≥叶片间夹角α（=2π/z）。5）为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时因压力突变而引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽（下图）。4.定子曲线常用定子曲线：阿基米德螺旋线、等加速等减速曲线（右图）、正弦曲线和高次曲线等。5.高压叶片泵的结构特点（1）采用浮动配流盘实现端面间隙补偿；（2）减小通往吸油区叶片根部的油液压力；（3）减小吸油区叶片根部的有效作用面积（阶梯式叶片、子母叶片、柱销式叶片）；（4）叶片上液压作用力平衡（双叶片、弹簧式叶片）（下图）。图3-29浮动配流盘由排油腔引来压力油图3-30带定比减压阀的叶片泵结构示意图图双叶片结构示意图向图3-35弹簧式叶片二、单作用叶片泵1.工作原理（右图）结构组成：定子、转子、叶片、左右配流盘、传动轴等。2.流量计算vBeDnq2式中e——转子与定子间的偏心距；D——定子内径；其它同上。3.结构特点（1）可以变量（改变偏心大小），可以作为双向泵（偏心反向）。（2）当叶片分别处在压油腔、吸油腔时，通过特殊的沟槽使叶片底部分别与压油腔、吸油腔相通（保证密封减少磨损）（3）叶片一般非径向安装（后倾20~30，有利于叶片甩出靠紧定子表面）（4）径向液压力不平衡，不适用于高压（小于7MPa）。（5）叶片数为奇数（减少流量脉动，一般为13或15片）。4.限压式变量叶片泵1）外反馈限压变量叶片泵（右图）工作原理（下图）2）内反馈限压变量叶片泵（下图）外反馈限压变量叶片泵变量原理内反馈限压变量叶片泵变量原理3）限压变量叶片泵的工作性能（右图）用在机床液压系统中要求执行元件有快、慢速和保压阶段的场合。叶片泵的特点：优点：运转平稳，流量均匀，噪声小。缺点：结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染比较敏感。第四节柱塞泵一、径向柱塞泵1.轴配流径向柱塞泵1）组成：转子定子偏心安装；柱塞——径向装入转子；配流轴——固定不动。2）工作原理（右图）2.阀配流径向柱塞泵3.负载敏感径向柱塞泵工作原理4.排量和流量的计算eZdV242veZndq242式中d——柱塞直径；Z——柱塞数；e——转子和定子间的偏心量。5.径向柱塞泵的特点可以作成单向或双向变量泵。加工精度要求不太高，径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差。二、轴向柱塞泵（一）单柱塞泵特点：单向阀配流，结构简单，工作可靠，但流量品质极差。用于压力较高，流量较小，运动速度无要求的场合。如作采煤机的调高泵。（二）卧式柱塞泵由三（或六）个单柱塞泵并列组成。阀配流，与单柱塞泵相比，流量品质得到改善。用于煤矿机械乳化液泵。（三）直轴式轴向柱塞泵（斜盘泵）1.工作原理（下图）组成：缸体（均布Z个柱塞孔）、柱塞滑履组、斜盘、配流盘、传动轴。改变斜盘倾角，改变排量V。0→，单向变量泵，-→0→，双向变量泵。缸体配流盘柱塞滑履组2.分类根据柱塞和斜盘的接触型式，可分为点接触式和滑靴式。根据配流方式分为阀式配流和盘式配流3.排量和流量计算ZDtgdV42ZDtgndqv42通过斜盘泵的运动学分析可以得出柱塞泵的流量脉动系数为：柱塞数为偶数时：柱塞数为奇数时：通常柱塞数为7或9。ztgzq424.典型结构1)CY14-1轴向柱塞泵（1）主体结构特点：a.三对摩擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘b.采用中心回程弹簧c.泵体上有泄漏油口d.传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承e.在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。（2）变量机构a.手动变量机构（上图）不能在工作过程中变量。伺服阀套差动活塞一起移动变量壳体、指示盘等。特点：操纵力小，靠差动活塞的液压力来改变斜盘倾角。组成：拉杆伺服滑阀连在一起b.手动伺服变量机构（下图）c.压力补偿变量机构压力补偿变量泵调节特性曲线（下图）2）通轴泵（1）结构（2）变量原理（右图）（3）结构特点a.传动轴可以延伸以带动辅