第六章 液压动力源：油泵

通过改变变量泵中零件的物理关系容积就能被变化。 中，通过改变变量泵中零件的物理关系容积就能被变化。 泵内容积的这种变化使得油泵的输出流量发生改变即使 油泵的转速恒定。 油泵的转速恒定。 油泵并不输出压力，而是使液体流动。 油泵并不输出压力，而是使液体流动。流动的阻尼 决定于液压系统，系统的压力是确定的。例如， 决定于液压系统，系统的压力是确定的。例如，容积泵 自身有通大气的输出油管，油液可以由此输出， 自身有通大气的输出油管，油液可以由此输出，但是没 有高于大气压的输出压力，因为基本上没有流动阻尼。 有高于大气压的输出压力，因为基本上没有流动阻尼。 然而，如果输出油管被堵， 然而，如果输出油管被堵，理论上我们有无穷大的流动 阻尼。所以，液体无处可流。 阻尼。所以，液体无处可流。压力将为此上升直到一些 零件被破坏除非降压。 零件被破坏除非降压。这就是当使用容积泵时需要溢流 阀的原因。当压力达到一个设定值时， 阀的原因。当压力达到一个设定值时，溢流阀将打开使 油液回到油箱。因此，溢流阀决定了系统将承受的最高 油液回到油箱。因此， 压力而与负载阻尼的大小无关。 压力而与负载阻尼的大小无关。 一些油泵被制成变量、压力补偿型。 一些油泵被制成变量、压力补偿型。这种泵被设计 成系统压力升高将导致流量减小。 成系统压力升高将导致流量减小。最终达到预定压力
于封闭了活塞与缸壁间的间隙以防止泵腔4中空气进入 于封闭了活塞与缸壁间的间隙以防止泵腔 中空气进入 泵腔3。如果允许出现空气流动将消除真空。 泵腔 。如果允许出现空气流动将消除真空。真空将使 单向阀2压紧在其阀座上 低位） 压紧在其阀座上（ 单向阀 压紧在其阀座上（低位）并允许大气压通过单 向阀1将油箱中的油液压入油泵 将油箱中的油液压入油泵。 向阀 将油箱中的油液压入油泵。推动油液的力将使单 向阀1离开其阀座而出现流动 离开其阀座而出现流动。 向阀 离开其阀座而出现流动。 当向右推动活塞时，油液的运动关闭进油阀1而打 当向右推动活塞时，油液的运动关闭进油阀 而打 开出油阀2。由于活塞移动， 开出油阀 。由于活塞移动，大量的油液被强行从出油 管排入液压系统。 管排入液压系统。在排油行 程中由活塞排出的油液数量 称为油泵的排量。 称为油泵的排量。 从简单活塞泵的工作可 以看出油泵为什么不输出压 油泵产生流动。 力。油泵产生流动。压力是 由被液压系统驱动的负载的 阻尼所引起的。 阻尼所引起的。
油泵可排出的液体体积（未考虑泄漏和压缩性的影响）， 油泵可排出的液体体积（未考虑泄漏和压缩性的影响）， 它等于泵的排量和转速的乘积： 它等于泵的排量和转速的乘积： QT （L/min）＝ P（mL/r）n（r/min） （6－1） ）＝q / ）＝ / ） （ / ） － ） 试验时常将零压下测得的流量视为理论流量。 试验时常将零压下测得的流量视为理论流量。 实际流量（ ）：油泵工作时实际排出的流量 油泵工作时实际排出的流量， 实际流量（QP）：油泵工作时实际排出的流量，它 等于理论流量减去泄漏和压缩等损失后的流量， 等于理论流量减去泄漏和压缩等损失后的流量，即QP ＝QT－Ql。 额定流量（ ）：油泵在正常工作条件下 油泵在正常工作条件下， 额定流量（Qn）：油泵在正常工作条件下，按试验 标准规定（如在额定压力和额定转速下） 标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证输出 的流量。 的流量。 3.功率和效率 功率和效率 理论功率（ 理论功率（PT）： 图中所示为油泵的能量转换图。 图中所示为油泵的能量转换图。泵将原 动机输入的机械能转换为液体压力能而输出， 动机输入的机械能转换为液体压力能而输出， 输入能量的形式为转矩M 和角速度ω， 输入能量的形式为转矩 i和角速度 ，输出
液压动力源：油泵（ 第六章 液压动力源：油泵（The Source of Hydraulic Power: Pumps） ）
6.1概述（INTRODUCTION） 概述（ 概述 ） 一个油泵是液压系统的心脏， 一个油泵是液压系统的心脏，它将机械能转变为压 力能。机械能是通过像电机这样的原动机输送给油泵的。 力能。机械能是通过像电机这样的原动机输送给油泵的。 由于机械作用，油泵在其进油口产生局部真空。 由于机械作用，油泵在其进油口产生局部真空。油液在 大气压力的作用下通过进油口进入油泵内部。 大气压力的作用下通过进油口进入油泵内部。油泵再推 动油液进入液压系统。 动油液进入液压系统。 油泵根据液压功率的产生主要分为两大类： 油泵根据液压功率的产生主要分为两大类： 1.非容积泵：这种类型经常用于低压，大流量的场合。 非容积泵：这种类型经常用于低压，大流量的场合。 非容积泵 因为它们不能够承受高压，在液压传动中很少使用。 因为它们不能够承受高压，在液压传动中很少使用。通 常它们的最高压力被限制在1.7～ 常它们的最高压力被限制在 ～2.1MPa。这种类型的 。 油泵一般用于将液体从一个地方输送到另一个地方。 油泵一般用于将液体从一个地方输送到另一个地方。
6.3 油泵的分类（PUMP CLASSIFICATION） 油泵的分类（ ） 油泵根据液压功率的产生主要分为两大类： 油泵根据液压功率的产生主要分为两大类： 1.液力或非容积泵： 液力或非容积泵： 液力或非容积泵 2.静液或容积泵：这种类型的泵其泵轴每旋转一圈就 静液或容积泵： 静液或容积泵 排出一定量的油液。其结果是， 排出一定量的油液。其结果是，在忽略微小内泄漏的情 况下，油泵对外输出油液， 况下，油泵对外输出油液，油液量总是恒定的并与系统 压力无关。这使其特别适合于液压传动系统。然而， 压力无关。这使其特别适合于液压传动系统。然而，如 果流动阻尼变化非常大以至无穷容积泵必须防止超压。 果流动阻尼变化非常大以至无穷容积泵必须防止超压。 这种情况在某个阀被彻底关闭或油路堵塞时就会出现。 这种情况在某个阀被彻底关闭或油路堵塞时就会出现。 其原因是容积泵连续不断地排出油液（ 其原因是容积泵连续不断地排出油液（甚至油液无处可 导致油液受到压缩而压力急速上升。 流）导致油液受到压缩而压力急速上升。溢流阀用来使 油泵的油液流回系统的油箱而防止油泵超压。 油泵的油液流回系统的油箱而防止油泵超压。 容积泵可根据油泵内部零件的运动形式进行分类。 容积泵可根据油泵内部零件的运动形式进行分类。 其形式既可是旋转运动也可是往复直线运动。 其形式既可是旋转运动也可是往复直线运动。虽然油泵
由于容积为零而输出流量也为零。 时，由于容积为零而输出流量也为零。这样防止了压力 升得更高。当使用压力补偿油泵时就不再需要溢流阀了。 升得更高。当使用压力补偿油泵时就不再需要溢流阀了。 由油泵提供的压力能由液压执行元件转换成机械能 而产生有用的功对外输出。 而产生有用的功对外输出。
6.2 油泵的工作原理（PUMPING THEORY） 油泵的工作原理（ ） 所有油泵的工作原理都是利用因泵的内部运动而在 泵内产生局部真空。 泵内产生局部真空。这样使得大气压将油液从油箱中压 出并进入油泵内腔。然后油泵将油液从出油管压出。 出并进入油泵内腔。然后油泵将油液从出油管压出。 这种工作状态可以由图中所示的简单活塞泵来说明。 这种工作状态可以由图中所示的简单活塞泵来说明。 注意这个泵包含了两个单向阀，如下所述： 注意这个泵包含了两个单向阀，如下所述： 单向阀1与油泵的进油 单向阀 与油泵的进油 管相连并仅在此处允许油液 进入油泵。 进入油泵。 单向阀2与油泵的出油 单向阀 与油泵的出油 管相连并仅在此处允许油液 离开油泵。 离开油泵。 当向左拉动活塞时， 当向左拉动活塞时，在 泵腔3内产生局部真空 内产生局部真空， 泵腔 内产生局部真空，由
60 60
－ 2πn(r min) MT ( N m) ×10 3 ＝ 60
（6－2） 6－ 2）
实际上， 实际上，油泵在运转时存在着容积损失和摩擦损失 等，所以其输出功率肯定小于实际输入功率 容积损失和容积效率（ 容积损失和容积效率（ηvP）： 油泵因泄漏、压缩等原因产生的流量损失Ql称为容 油泵因泄漏、压缩等原因产生的流量损失 积损失， 积损失，泵经容积损失后输出的液压功率与理论功率之 比称为容积效率， 比称为容积效率，即：
有各种形式，但主要有三种基本类型： 有各种形式，但主要有三种基本类型： 齿轮泵（仅为定量泵）： ⑴齿轮泵（仅为定量泵）： 外啮合齿轮泵 内啮合齿轮泵 罗茨泵 螺杆泵 叶片泵： ⑵叶片泵： 不平衡叶片泵（定量或变量泵） 不平衡叶片泵（定量或变量泵） 平衡叶片泵（仅为定量泵） 平衡叶片泵（仅为定量泵） 柱塞泵（定量或变量泵）： ⑶柱塞泵（定量或变量泵）： 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 此外，叶片泵能设计为平衡式或非平衡式。 此外，叶片泵能设计为平衡式或非平衡式。非平衡 式具有压力反馈的性能，可自动防止油泵超压。 式具有压力反馈的性能，可自动防止油泵超压。
能量的形式为压力p 和流量Q 能量的形式为压力 P和流量 P。若不考虑泵在能量转换 中的损失，则输入功率和输出功率应彼此相等， 中的损失，则输入功率和输出功率应彼此相等，这个功 率称为理论功率P 率称为理论功率 T： － pP ( M ) QT (L min) pP ( M ) qP (mL r) n(r min)×10 3 Pa Pa P (kW) Leabharlann Baidu = T
2.容积泵：这种类型普遍用于液压传动系统。正如其 容积泵： 容积泵 这种类型普遍用于液压传动系统。 名，一个容积泵的泵轴每旋转一转就排出一定量的液体 进入液压系统。 进入液压系统。这样一个泵能够克服系统中机械负载所 产生的压力以及摩擦引起的流动阻尼。 产生的压力以及摩擦引起的流动阻尼。这两个特点是液 压泵所需要的。这种泵与非容积泵相比有如下优点： 压泵所需要的。这种泵与非容积泵相比有如下优点： 高压（可达到69MPa甚至更高）； 甚至更高）； 高压（可达到 甚至更高 体积小； 体积小； 容积效率高； 容积效率高； 在整个压力范围内效率变化小； 在整个压力范围内效率变化小； 极大的适应性（ 极大的适应性（能够在很宽的压力范围和速度范围 下工作）。 下工作）。 有三种主要类型的容积泵：齿轮泵、叶片泵和柱塞 有三种主要类型的容积泵：齿轮泵、 许多变化都存在于每一种这些泵的设计中。例如， 泵。许多变化都存在于每一种这些泵的设计中。例如， 叶片泵和柱塞泵既可是定量的也可以是变量的。 叶片泵和柱塞泵既可是定量的也可以是变量的。一个定 量泵每转所排出的液体量是不能变化的。 量泵每转所排出的液体量是不能变化的。在一个变量泵
6.4 油泵特性（PUMP PERFORMANCE） 油泵特性（ ） 一、主要性能参数 1.压力 压力 工作压力（ ）：油泵实际工作时的输出压力 油泵实际工作时的输出压力， 工作压力（pP）：油泵实际工作时的输出压力，该 压力决定于外负载的大小和排油管路上的压力损失， 压力决定于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而 与泵的流量无关。 与泵的流量无关。 额定压力（ ）：油泵在正常工作条件下 油泵在正常工作条件下， 额定压力（pn）：油泵在正常工作条件下，按设计 要求或试验标准规定连续运转的最高压力。 要求或试验标准规定连续运转的最高压力。 最高允许压力（ ）：按设计要求或试验标准规 最高允许压力（pmax）：按设计要求或试验标准规 超过额定压力允许短暂运行的最高压力。 定，超过额定压力允许短暂运行的最高压力。 2.排量和流量 排量和流量 排量（ ）：油泵轴转一转所产生的几何容积变化 排量（qP）：油泵轴转一转所产生的几何容积变化 量，相当于不考虑泄漏和压缩性影响时泵每转一转排出 的液体体积。 的液体体积。 理论流量（几何流量）（ ）：单位时间内理论上 ）（Q 理论流量（几何流量）（ T）：单位时间内理论上
容积泵要能正常工作必须具有以下三个基本工作条 件： 有周期性的密闭容积变化， 有周期性的密闭容积变化，密闭容积由小变大时吸 由大变小时排油； 油，由大变小时排油； 油箱必须通大气，这是吸油的必要条件； 油箱必须通大气，这是吸油的必要条件； 有配流装置， 有配流装置，它保证密闭容积由小变大时只与吸油 管接通；由大变小时只与排油管相通。 管接通；由大变小时只与排油管相通。