第3章-液压动力元件

液压与气压传动第3章液压动力元件2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动第3章液压动力元件3.1概述(Introduction)3.2齿轮泵(GearPumps)3.3叶片泵(VanePumps)3.4柱塞泵(PistonPumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动液压泵是液压传动系统中的能量转换元件。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，再以压力、流量的形式输入到系统中去，它是液压系统的动力源。3.1概述(Introduction)液压泵的基本工作原理及分类液压泵的主要性能参数液压泵的图形符号3.1概述2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动3.1.1液压泵的工作原理及分类(Operatingprincipleandclassification)1.液压泵的工作原理Operatingprinciple液压泵工作原理图液压千斤顶原理图2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动1.液压泵的工作原理组成：偏心轮、柱塞、弹簧、缸体、两个单向阀。柱塞与缸体之间形成密封容积。原理：偏心轮旋转一周，柱塞左右往返运动一次，向右运动密封容积增大吸油，向左运动密封容积变小压油。泵每转一转排出油液的体积称为排量，其大小只与泵的结构参数有关。3.1.1液压泵的工作原理及分类(Operatingprincipleandclassification)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动液压泵正常工作的基本条件:⑴在结构上具有一个或多个密封且可以周期性变化的工作容积；当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时，完成排油过程。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关。⑵具有相应的配流装置，将吸油过程与排油过程分开；⑶满足必要的外部条件，如油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。3.1.1液压泵的工作原理及分类(Operatingprincipleandclassification)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动按液压泵排量是否可调节分为：2.液压泵分类定量泵变量泵单位时间内输出的油液的体积不能调节单位时间内输出的油液的体积可以调节3.1.1液压泵的工作原理及分类(Operatingprincipleandclassification)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动按液压泵的结构形式可分为斜盘式齿轮泵叶片泵柱塞泵单作用叶片泵双作用叶片泵液压泵斜轴式轴配流式阀配流式其他3.1.1液压泵的工作原理及分类(Operatingprincipleandclassification)外啮合齿轮泵内啮合齿轮泵轴向柱塞泵径向柱塞泵2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动3.液压泵的图形符号泵的输入参量转矩T角速度ω输出参量流量q压力pTωpq3.1.1液压泵的工作原理及分类(Operatingprincipleandclassification)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动工作压力pp：指泵实际工作时的输出压力。也即泵的出口压力。实际工作压力取决于相应外负载。3.1.2液压泵的主要性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)1.压力(Pressure)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)额定压力pn：液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力，即泵工作时允许达到的最高压力。最高允许压力pmax：液压泵在短时间内允许超载使用的极限压力。Pn的大小由泵本身的泄漏和结构强度决定。当PpPn时，泵过载。2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动额定流量qn：在额定转速和额定压力下泵输出的流量，也是按试验标准规定必须保证的流量。由于泵存在内泄漏，油液具有压缩性，所以额定流量和理论流量是不同的。理论流量qt:无内外泄漏时，单位时间内泵排出液体的体积。泵的流量为其转速与排量的乘积，即。Vnqt实际流量q：泵工作时实际输出的流量。qqqt2、排量和流量(Deliveryandflow)排量V：是泵主轴每转一转所排出液体体积的理论值，如泵排量固定，则为定量泵；排量可变则为变量泵。常用单位为mL/r。pkql3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动iiTP3.功率、效率输入功率Pi：作用在液压泵主轴上的机械功率，设实际输入转矩为Ti，输入的角速度为ω：则1）液压泵的功率输出功率Po：液压泵在工作过程中的实际输出压力p和输出流量q的乘积。iiTPpqAqpApAFP03.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动液压泵由原动机驱动，输入量是转矩和角速度，输出量是液体的压力和流量；如果不考虑液压泵在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率是：ttttnTTpqP2Tqp理论功率：tP式中：tqp,—液压泵的压力和理论流量。—液压泵的理论转矩(N.m)和转速(r/min)。tTn3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动实际上，液压泵在能量转换过程中是有损失的，因此输出功率小于输入功率。即P0﹤Pi。就有效率问题。功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分：机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。2）液压泵的效率容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失。3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动机械效率总效率ppmpvittittiiopPPqqnTpqqqnTpqPP22（3-7）itititpmPPnTnTTT22(3-6)pmVnqqqqqqqqttttpv11（3-5）pvη容积效率泵泄漏系数—llkpkq：泵的实际流量与理论流量之比。：泵所需要的理论转矩Tt与实际转矩Ti的比值称为机械效率。：是泵输出功率与输入功率之比。3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动目前对一定型号的液压泵，用试验测出的效率曲线来评价泵的性能质量，确定泵的合理使用范围。试验测出的效率曲线称为特性曲线。通常所提供的特性曲线主要是负载特性曲线和转速特性曲线。负载特性曲线是指在一定转速（通常是额定转速）下，容积效率和总效率随工作压力而变化的曲线。转速特性曲线是指在一定压力（通常是额定压力）下，容积效率随转速而变化的曲线。4液压泵的特性曲线(Performancecurves)3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动（n一定时）3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动例3.1某液压系统，泵的排量V＝10mL/r，电机转速n＝1200rpm，泵的输出压力p=5Mpa，泵容积效率ηpv＝0.92，总效率ηp＝0.84，求1）泵的理论流量；2）泵的实际流量；3）泵的输出功率；4）驱动电机功率。解：1）泵的理论流量kWWpqPo9.0900601004.1110536kWPPpOi07.184.09.012120010103VnqtL/min2)泵的实际流量3)泵的输出功率4）驱动电机功率04.1192.012pvtqqL/min3.1.2液压泵的性能参数(Mainperformanceparametersinhydraulicpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动齿轮泵的主要优点是结构简单、制造方便、价格低廉、体积小、重量轻、自吸性好、对油液污染不敏感、工作可靠；其主要缺点是流量和压力脉动大、噪声大、排量不可调。齿轮泵被广泛地应用于采矿设备、冶金设备、建筑机械、工程机械和农林机械等各个行业。齿轮泵按照其啮合形式的不同，有外啮合和内啮合两种，外啮合齿轮泵应用较广，内啮合齿轮泵则多为辅助泵。3.2齿轮泵(GearPumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。当齿轮按图示方向旋转时，右侧吸油腔内的轮齿脱离啮合，密封腔容积不断增大，构成吸油并被旋转的轮齿带入左侧的压油腔。3.2.1外啮合齿轮泵的工作原理(Operatingprincipleofexternalmeshgearpumps)外啮合齿轮泵2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动泵体内相互啮合的主、从动齿轮与两端盖及泵体一起构成密封工作容积，齿轮的啮合点将左、右两腔隔开，形成了吸、压油腔。左侧压油腔内的轮齿不断进入啮合，使密封腔容积减小，油液受到挤压被排往系统。3.2.1外啮合齿轮泵的工作原理(Operatingprincipleofexternalmeshgearpumps)2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动3.2.2排量和流量相当于一对啮合齿轮的齿谷容积之和。若假设齿谷容积等于轮齿体积，那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿谷容积和轮齿体积的总和。即：1.外啮合齿轮泵的排量（3-8）bzmbmmzmmzDhbV2222])2()2[(4π式中：D-齿轮分度圆直径，D=mz；z-齿数；h-有效齿高，h=2m；b-齿轮宽；m-齿轮模数实际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，故在实际计算中用3.33来代替上式中π值。（3-9）bzmV266.62021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动由此得齿轮泵的输出流量为3.2.2排量和流量（3-10）pVbnzmq266.6实际上齿轮泵的流量是脉动的，故上式所表示的是外啮合齿轮泵的平均流量。若用、来表示最大、最小瞬时流量，表示平均流量，则流量脉动率为maxqminq0q（3-11）%100minmaxqqqq2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动齿轮啮合时的重叠系数必大于1，故有一部分油液困在两对轮齿啮合时所形成的封闭油腔之内，这个密封容积的大小随齿轮转动而周期性变化，形成困油现象。1.困油的现象及其消除措施3.2.2齿轮泵的常见问题及解决办法2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动容积减小时压油侧相通容积增大时与吸油侧相通卸荷槽消除困油现象的措施：在齿轮泵的侧板上或浮动轴套上开卸荷槽。3.2.2齿轮泵的常见问题及解决办法卸荷槽2021年7月22日星期四湖南工程学院——液压与气压传动2.径向不平衡力在齿轮泵中，油液作用在轮外缘的压力是不均匀的，从低压腔到高压腔，压力沿齿