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第2章液压与气动动力装置2.1概述2.2液压泵2.3气源装置2.1概述1.动力装置的组成动力装置有两大类.即液压动力装置和气源装置。液压动力装置用来向液压系统输送具有一定压力和流量的清洁的工作介质;而气源装置则向气动系统输送一定压力和流量的洁净的压缩空气。液压动力装置可以是和主机分离的单独的液压泵站.也可以是和主机一起的液压泵组;而气源装置一般都是单独的。液压泵站一般由泵、油箱和一些液压辅件(过滤器、热交换器、蓄能器、管件等)组成.这些辅件是相对独立的.根据系统不同的要求进行取舍;气源装置由空压机、压缩空气的净化设备(后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器等)、气动三联件(分水过滤器、油雾器和减压阀)组成.还有一些必要的辅件.如自动排水器、消声器等。下一页返回2.1概述2.对动力装置的基本要求①动力装置外观应与主机协调。②动力装置上所装元件的排列布置应匀称.调节或维护应方便.更换元件容易。③动力装置应节能.在系统不需要高压流体时.动力装置应卸荷或采取其他节能措施。④动力装置应工作平稳.产生振动小.噪声小.噪声水平应符合有关规定。⑤和电气、电子控制结合使用时.能远程控制动力装置以符合主机对所需的工作参数(压力、流量等)变化的要求。上一页下一页返回2.1概述⑥动力装置工作高度可靠.可采用过载保护或其他适当的措施确保其工作可靠。⑦一般情况下.动力装置应尽量采用标准的元件组合而成.万不得已时才进行个别元件的单独设计。⑧动力装置应减小泄漏.因工作液的泄漏.不仅浪费能源.而且污染环境。⑨对工作介质的温度必须进行严格的监控.因传动和控制的特性和介质的温度有关。上一页返回2.2液压泵2.2.1液压泵概述1.液压泵工作原理液压系统中所用的各种液压泵.其工作原理都是利用密封工作容积的大小交替变化进行吸油和压油的.所以.液压泵都是容积式泵。图2-1所示为单柱塞式液压泵工作原理。当凸轮1旋转时.柱塞2在凸轮和弹簧3作用下在缸体中左、右移动。当柱塞右移时.缸体中的密封工作腔生容积增大.产生真空.油液通过吸油阀5吸入.此时压油阀6关闭;当柱塞左移时.缸体中的密封工作腔容积变小.将吸入的油液通过压油阀输入到液压系统中.此时吸油阀关闭。由此可知.液压泵是利用密封工作容积的大小不断交替变化实现吸油和压油的。下一页返回2.2液压泵2.液压泵的分类按泵的排量是否可调节.分为定量泵和变量泵;按结构形式.分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等。3.液压泵的主要性能参数(1)压力工作压力是液压泵的出口处实际压力.其大小取决于负载。额定压力是液压泵在连续使用中允许达到的最高压力。(2)排量排量V是液压泵在没有泄漏的条件下.泵转过一转时所能排出的油液体积。上一页下一页返回2.2液压泵(3)流量流量分为理论流量、实际流量和额定流量。理论流量qt是指在没有泄漏的情况下.单位时间内所输出的油液体积。单位为L/min或m3/s。qt=Vn式中V—排量.m3;n—泵轴转速.r/s。实际流量q是液压泵工作时实际输出的流量.由于泵在工作时.存在油液泄漏.所以qqt,即实际流量小于理论流量。额定流量qs是指在额定转速和额定压力下输出的流量。上一页下一页返回（2.1）2.2液压泵(4)功率和效率输入功率Pi是驱动液压泵轴的机械效率.即电动机的输出功率.为Pi=Tω式中T—电动机输出转矩;ω—角速度;输出功率Po为液压泵的输出功率。若不考虑液压泵转换过程中的损失.则输出功率等于输入功率但实际上液压泵转换过程中是存在损失的.输出功率总是小于输入功率。上一页下一页返回（2.2）2.2液压泵Po=pq式中p—液压泵的输出压力;q—液压泵的输出流量。液压泵的总效率η是输出功率与输入功率之比。式中ηV—液压泵的容积效率;ηm—液压泵的机械效率。由此可见，液压泵的总效率等于容积效率与机械效率的乘积。上一页下一页返回（2.3）（2.4）2.2液压泵2.2.2齿轮泵1.工作原理图2-2所示为齿轮泵工作原理.泵由壳体、一对外啮合齿轮和两个端盖(图中画出)等主要零件组成。当齿轮按图示方向旋转时.右侧吸油腔的轮丙逐渐脱开.密封工作腔的容积逐渐增大.形成部分真空。因此.油箱中的油液在大气的作用下.经吸油管进入吸油腔(右侧).随着齿轮的旋转.吸入右腔的油液被带到左侧。由于左侧的轮齿逐渐进入啮合.密封工作容积逐渐减小.齿间槽中的油液被挤出.从压油腔进入系统。由于齿轮的旋转是连续的.因此齿轮泵就实现了连续的吸油和压油。上一页下一页返回2.2液压泵2.齿轮泵的性能特点齿轮泵具有结构简单、体积小、重量轻、价格低、工作可靠、自吸性能好以及对油液污染不敏感、维护方便等优点.因而广泛应用于各种液压传动系统。其主要缺点是流量和压力的脉动较大.噪声大.排量不可改变.效率较低。随着结构技术的发展.噪声有了很大的降低.效率和寿命都有很大的提高。3.齿轮泵主要参数(1)排量齿轮泵的排量是其两个齿轮的齿间槽容积的总和。如果近似地认为齿间槽的容积等于轮齿的体积，则齿轮泵的排量V为上一页下一页返回（2.5）2.2液压泵式中D—齿轮的节圆直径.m;h—齿轮的有效工作高度.m;b—齿宽.m;z—齿数;m—齿轮模数.m实际上.齿间的容积比轮齿的体积稍大.因此.用修正系数3.33~3.5代替π值.齿数少取大值上一页下一页返回（2.6）2.2液压泵(2)流量齿轮泵实际流量q为式中，n—齿轮泵的转速.r/sηpv—齿轮泵的容积效率。上一页下一页返回（2.7）2.2液压泵4.齿轮泵存在的问题(1)泄漏泄漏是齿轮泵压力和容积效率低的根本因索。外啮合齿轮泵中存在3个可能产生泄漏部位(指内泄漏):一是端面泄漏.通过齿轮端面与端盖配合处;二是径向间隙泄漏.通过齿轮外圆与泵体配合处;三是齿啮合处泄漏.通过两个齿轮的啮合处(因有齿向误差.齿轮的全部宽度不可能都啮合).因此普通齿轮泵的容积效率较低。上一页下一页返回2.2液压泵(2)液压径向力不平衡齿轮泵工作时，齿轮圆周上所受压力是不同的，压力分布状况如图2-3所示，出口压力pg大于进口压力pd。齿顶和泵体内表面间有径向间隙.所以齿轮外圆上油液的压力是逐步降低的。不平衡液压力作用在齿轮上.使轴承受到径向负载。减小径向不平衡力可采取缩小压油口的办法和开压力平衡槽等。(3)困油现象为了使传动平稳.啮合齿轮的重叠系数必须大于1.也就是说存在两个齿轮同时啮合的情况.这样就有一部分油液被困在两对轮齿啮合点之间的密封腔内.如图2-4(a)所示.上一页下一页返回2.2液压泵该腔形成时较大.在继续旋转过程中.其容积变小.当转到如图2-4(b)所示的某个位置时.容积最小.随后随着泵的旋转其容积再次变大.当前一对齿轮脱离啮合其容积最大.如图2-4(c)所示.由于该密封腔既不与吸油腔相通.又不与压油腔相通.因此当该密封腔容积变小时.其内的油液受到挤压.产生很高的压力.使机件受到很大的额外负载.而当该密封腔容积变大时.又会造成局部真空.形成气穴.无论是前者还是后者.都将造成强烈的噪声.这种现象称之为困油现象。消除困油现象的方法:通常在两端盖板上开一对矩形卸荷槽.如图2-4虚线所示。上一页下一页返回2.2液压泵2.2.3叶片泵叶片泵有两类.即双作用叶片泵和单作用叶片泵。双作用叶片泵是定量泵.单作用叶片泵则往往做成变量泵。1.单作用叶片泵(1)结构和工作原理如图2-5所示.单作用叶片泵主要由转子2、定子3、叶片4、配油盘、传动轴和壳体组成。定子的内表面为圆柱形孔.定子和转子的中心不重合.相距一偏心距。叶片可以在转子槽内灵活地滑动.配油盘上开有一个腰形的吸油孔和压油孔。定子、转子、两相邻叶片和配油盘组成密封工作腔.当转子逆时针方向转动时.右侧的叶片向外伸.其密封工作腔容积增大.形成局部真空.经吸油口和配油盘上的吸油口将油液吸入.此为吸油过程;左侧的叶片向内缩.其密封工作腔容积变小.油液经吸油口和配油盘上的压油口进入系统这种叶片泵.当转子每转一周.每个叶片在槽内往复滑动一次.密封工作腔容积增大和缩小一次.实现吸油和压油一次.因此叫单作用叶片泵。上一页下一页返回2.2液压泵(2)主要参数泵的排量:每个密封工作腔一次排油量应是其最大容积与最小容积之差。v=v1-v2式中v1—最大容积;v2—最小容积。若考虑叶片所占体积的影响时.则泵的近似排量为v=2πebD式中D—定子内表面直径.D=2r;e—偏心距;b—叶片宽度上一页下一页返回（2.8）（2.9）2.2液压泵(3)性能特点单作用叶片泵的瞬时流量是脉动的.泵内叶片数越多越好.则流量脉动越小。此外.叶片数为奇数的脉动率比叶片数为偶数的脉动率小。所以.单作用叶片泵的叶片数一般为13或15。其主要缺点是转子受到来自排油腔的单向压力.由于径向力不平衡.使轴承上所受的载荷较大.称为非平衡式叶片泵.故不官’用作高压泵。2.双作用叶片泵(1)结构和工作原理如图2-6所示.双作用叶片泵的作用原理和单作用叶片泵相似.不同之处在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和生段过渡曲线组成.并且定子和转子是同心的。上一页下一页返回2.2液压泵当转子按顺时钊转动时.密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大.为吸油区;在左下角和右上角处逐渐减小.为压油区。在吸油区和压油区之间有一段封油区将它们隔开。这种叶片泵.当转子每转一周.每个叶片在槽内往复滑动两次.实现吸油和压油两次.因此叫双作用叶片泵。由于泵的吸油区和压油区呈对称分布.因此转子所受径向力是平衡的。上一页下一页返回2.2液压泵(2)主要参数由图2-6可见.当不考虑叶片所占体积时.双作用叶片泵的排量为式中R—定子内表面长圆弧半径;r—定子内表面短圆弧半径;B—叶片的宽度。考虑叶片厚度占对吸油和压油时油液体积的影响.实际泵的排量为式中θ—叶片相当于转子径向倾角;δ—叶片厚度上一页下一页返回（2.10）2.2液压泵(3)性能特点双作用叶片泵.其优点是:结构紧凑.流量及压力脉动率较小.噪声小.运转平稳.径向力小;其缺点是:转速范围窄.对油液要求高.叶片易卡住.只能做成定量泵。一般来说.双作用叶片泵的脉动很小.可忽略不计。此外.从转子径向力平衡考虑.叶片数应选偶数。一般z取12。3.变量叶片泵变量叶片泵是在单作用叶片泵的基础上加一套变量机构而成。变量原理是改变偏心距的大小和方向来实现。根据偏心改变的形式不同.有手动调节式、限压式和稳流量式等几种。下面介绍限压式变量叶片泵的结构原理。上一页下一页返回2.2液压泵限压式变量叶片泵在液压系统达到限定的压力后.可自动减少泵的供油量.从而减小功率损失.提高液压系统的效率。限压式变量叶片泵有内反馈和外反馈两种。2.2.4柱塞泵1.轴向柱塞泵(1)直轴式轴向柱塞泵图2-8所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理。它由斜盘1、柱塞2,缸体3,配油盘生和传动轴5等主要零件组成缸体上均匀分布几个轴向排列的柱塞孔.柱塞可在孔内沿轴向移动.斜盘的中心线与缸体中心线相交一个δ角。斜盘和配油盘固定不动.柱塞在低压油和弹簧的作用下压紧在斜盘上在配油盘上有两个腰形窗口.它们之间由过渡区隔开.不能连通。上一页下一页返回2.2液压泵当传动轴以图不方向带动缸体转动时.自下而上回转的半周内的柱塞.在机械装置的作用下逐渐伸出.使缸体孔内密封工作腔容积不断变大.产生真空.将油液经配油盘的配油孔a吸入;自上而下回转的半周内的柱塞.在机械装置的作用下逐渐缩入.使缸体孔内密封工作腔容积不断减小.油液经配油盘的配油孔b压出。缸体旋转一周.每个柱塞往复运动一次.完成一次吸油和压油过程。由此可见.柱塞泵也是利用密封工作容积的变化进行吸油和压油的。改变δ角的大小.就可改变柱塞的行程长度.从而改变泵的排量。上一页下一页返回2.2液压泵直轴式轴向柱塞泵的排量为式中z—柱塞数;d—柱塞直径;h—柱塞行程上一页下一页返回（2.11）2.2液压泵(2)斜轴式轴