液压动力元件

3.4 柱塞泵
• 柱塞泵是依靠柱塞在缸体内往复运动，使密封工作腔容积产生变化来 实现吸油、压油的。柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高及流量调 节方便等优点。其缺点是结构较为复杂，有些零件对材料及加工工艺 的要求较高，因而在各类容积式泵中，柱塞泵的价格最高。柱塞泵常 用于需要高压大流量和流量需要调节的液压系统，如龙门刨床、拉床、 液压机、起重机械等设备的液压系统。 • 柱塞泵按柱塞排列方向的不同，分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。
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3.3 叶片泵
• 叶片泵是机床液压系统中应用最广的一种泵。叶片泵按其排量是否可 变分为定量叶片泵和变量叶片泵;叶片泵按吸、压油液次数又分为单 作用叶片泵和双作用叶片泵。
• 3.3.1 双作用叶片泵
• 1.工作原理 • 如图3-6所示为双作用叶片泵的工作原理图。它主要由定子、转子、 叶片、配油盘、转动轴和泵体等组成。 • 2.排量和流量 • 双作用叶片泵的转子每转一转，通过过渡密封区的液体体积为一圆环 体积的2倍。
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3.3 叶片泵
• 其圆环外半径等于定子长半径R、内半径等于定子短半径r、叶片宽度 b。不考虑叶片体积的影响，双作用叶片泵的理论排量为 • 式中R—定子长半径;r—定子短半径;h—叶片宽度。 • 双作用叶片泵的平均实际流量为 • • • • 式中n—泵的转速;ηv—泵容积效率。 3.结构特点 (1)定子曲线 如图3-7所示的是定子曲线。
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3.3 叶片泵
• 4.限压式变量叶片泵 • 单作用叶片泵的变量方法有手调和自调两种。自调变量泵又根据其工 作特性的不同分为限压式、恒压式和恒流量式三类，其中限压式应用 较多。 • 如图3-9，(a)所示表示限压式变量叶片泵的工作原理，图(b)所示则表 示其变量特性曲线。
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3.3 叶片泵
• 定子内表面曲线实质上由两段长半径R圆弧(α角范围)、两段短半径r圆 弧(α'角范围)和四段过渡曲线(β角范围)八个部分组成。 • (2)叶片倾角 • 从图3-6中可以看到叶片顶部随同转子上的叶片槽顺转子旋转方向转过 一角度，即前倾一个角度，其目的是减小叶片和定子内表面接触时的 压力角，从而减少叶片和定子间的摩擦磨损。 • (3)端面间隙 • 为了使转子和叶片能自由旋转，它们与配油盘两端面间应保持一定间 隙。但间隙过大将使泵的内泄漏增加，容积效率降低。为了提高压力， 减少端面泄漏，采取的间隙自动补偿措施是将配油盘的外侧与压油腔 连通，使配油盘在液压推力作用下压向转子。
• 由此得齿轮泵的输出流量为
• 式中n—泵的转速;ηv—泵容积效率。 • 实际上，由于齿轮泵在工作过程中，排量是转角的周期函数，存在排 量脉动，瞬时流量也是脉动的。
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3.2 齿轮泵
• 流量脉动会直接影响到系统工作的平稳性，引起压力脉动，使管路系 统产生振动和噪声。如果脉动频率与系统的固有频率一致，还将引起 共振，加剧振动和噪声。若用qmax、qmin来表示最大、最小瞬时流量， q0表示平均流量，则流量脉动率为
• 3.2.2 内啮合齿轮泵
• 内啮合齿轮泵有渐开线齿形和摆线齿形两种，其结构示意如图3-5所示。 这两种内啮合齿轮泵工作原理和主要特点皆同于外啮合齿轮泵。
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3.2 齿轮泵
• 与外啮合齿轮泵相比，内啮合齿轮泵内可做到无困油现象，流量脉动 小。内啮合齿轮泵的结构紧凑，尺寸小，质量轻，运转平稳，噪声低， 在高转速工作时有较高的容积效率。但在低速、高压下工作时，压力 脉动大，容积效率低，所以一般用于中、低压系统。在闭式系统中， 常用这种泵作为补油泵。内啮合齿轮泵的缺点是齿形复杂，加工困难， 价格较贵，且不适合高速高压工作状况。
• 如图3-11所示为轴向柱塞泵的工作原理图。轴向柱塞泵的柱塞平行于 缸体轴心线。它主要由斜盘1、柱塞2,缸体3、配油盘4、轴5和弹簧6 等零件组成。斜盘1和配流盘4固定不动，斜盘法线和缸体轴线间的交 角为γ。缸体3由轴5带动旋转，缸体上均匀分布了若干个轴向柱塞孔， 孔内装有柱塞2，柱塞在弹簧力作用下，头部和斜盘靠牢。
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3.3 叶片泵
• 3.3.2 单作用叶片泵
• • • • 1.工作原理 如图3-8所示为单作用叶片泵的工作原理。 2.排量和流量 如果不考虑叶片的厚度，设定子内径为D，定子与转子的偏心距为e， 叶片宽度为b,转子转速为n，则泵的排量近似为
• 单作用叶片泵的平均实际流量为 • 式中b—叶片宽度;e—定子与转子的偏心距;D—定子半径;n—泵的转 速;ηv—泵容积效率。
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3.1 液压动力元件概述
• 4.入液压泵的功率 • (1)输功率Pi • 输入功是驱动液压泵的机械功率，由电动机或柴油率机给出，即
• 式中Ti—泵轴上的实际输入转矩。 • (2)输出功率P0 • 输出功率是液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量与泵的工作压力 n的乘积:
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3.1 液压动力元件概述
• 3.1.2 液压泵的性能参数
• • • • • • • 1.液压泵的压力 液压泵的压力参数分为工作压力和额定压力。 (1)工作压力p 液压泵的工作压力是指液压泵出口处的实际压力值。 (2)额定压力pn 液压泵的额定压力是指液压泵在连续工作过程中允许达到的最高压力。 由于液压传动的用途不同，系统所需要的压力也不同，为了便于液压 元件的设计、生产和使用，将压力分为几个等级，见表3-1。
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3.1 液压动力元件概述
• (3)液压泵的总效率η • 泵的总效率是泵的输出功率与输入功率之比，即
• 液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。
• 3.1.3 液压泵的分类
• 液压泵按结构形式不同可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵和螺杆泵等; 按流量能否改变可分为定量泵和变量泵;按液流方向能否改变可分为 单向泵和双向泵。
• 3.4.1 径向柱塞泵的工作原理
• 1.径向柱塞泵的工作原理 • 如图3-10为的径向柱塞泵的工作原理图。
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3.4 柱塞泵
• 2.径向柱塞泵的排量和流量 • 柱塞的行程为两倍偏心距e，泵的排量为 • 泵的实际输出流量为 • 式中qv—实际输出流量; d—柱塞直径; e偏心距;z—柱塞数;n—转 速;ηv—容积效率。 • 径向柱塞泵的输出流量是脉动的。理论与实验分析表明，柱塞的数量 为奇数时流量脉动小，因此，径向柱塞泵柱塞的个数通常是7个或9个。
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3.3 叶片泵
• 3.单作用叶片泵的结构特点 • (1)定子和转子偏心安置 • 移动定子位置以改变偏心距，就可以调节泵的输出流量。偏心反向时， 吸油压油方向也相反。 • (2)叶片后倾 • 为了减小叶片与定子间磨损，叶片底部油槽采取在压油区通压力油、 在吸油区与吸油腔相通的结构形式，因而，叶片的底部和顶部所受的 液压力是平衡的。 • (3)径向液压力不平衡 • 由于转子及轴承上承受的径向力不平衡，所以该泵不宜用于高压，其 额定压力不超过7MPa
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3.2 齿轮泵
• (2)径向不平衡力 • 为了减小径向不平衡力的影响，常采取缩小压油口的办法，使压油腔 的压力油仅作用在一个齿到两个齿的范围内;同时适当增大径向间隙， 使齿顶不与泵体接触。 • (3)泄漏及端面间隙的自动补偿 • 为了提高齿轮泵的压力和容积效率，实现齿轮泵的高压化，需要从结 构上采取措施，对端面间隙进行自动补偿。
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3.4Байду номын сангаас柱塞泵
• 径向柱塞泵输油量大，压力高，性能稳定，耐冲击性能好，工作可靠; 但其径向尺寸大，结构较复杂，自吸能力差，且配油轴受到不平衡液 压力的作用，柱塞顶部与定子内表面为点接触，容易磨损，这些都限 制了它的应用，已逐渐被轴向柱塞泵替代。
• 3.4.2 轴向柱塞泵的工作原理
3.1 液压动力元件概述
• 5.液压泵的效率 • 实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和 机械损失。 • (1)容积损失和容积效率ηv • 容积损失主要是液压泵内部泄漏造成的流量损失。容积损失的大小用 容积效率表征，即 • (2)机械损失和机械效率ηm • 由于泵内各种摩擦(机械摩擦、液体摩擦)，泵的实际输入转矩Ti总是 大于其理论转矩Tt，这种损失称为机械损失。机械损失的大小用机械 效率表征，即
• 它是衡量容积式泵流量品质的一个重要指标。在容积式泵中，齿轮泵 的流量脉动最大，并且齿数越少，脉动率越大，这是外啮合齿轮泵的 一个弱点。相应的内啮合齿轮泵比外啮合齿轮泵的流量脉动率要小得 多。
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3.2 齿轮泵
• 3. 外啮合齿轮泵的结构特点 • CB-B型齿轮泵为无侧板型，它是三片式结构的中低压齿轮泵，结构 简单，不能承受较高的压力。其额定压力为2.5MPa，排量为2.5~125 mL/r，转速为1 450 r/min，主要用于机床作液压系统动力源以及各种 补油、润滑和冷却系统。 • 如图3-3所示为CB-B型齿轮泵结构。 • 4.外啮合齿轮泵结构上存在的几个问题 • (1)困油的现象 • 困油现象使齿轮泵产生强烈的噪声，并引起振动和气蚀，同时降低泵 的容积效率，影响工作的平稳性和使用寿命。消除困油的方法，通常 是在两端盖板上开卸槽。
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3.2 齿轮泵
• 齿轮泵的种类很多，按工作压力大致可分为低压齿轮泵(p≤2.5MPa)、 中压齿轮泵(p>2.5~8MPa)、中高压齿轮泵(p>8~16MPa)和高压齿轮 泵(p>16~32MPa)四种。目前国内生产和应用较多的是中、低压和中 高压齿轮泵，高压齿轮泵正处在发展和研制阶段。 • 齿轮泵按啮合形式的不同，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，而内啮合齿轮泵则多为辅助泵。
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3.1 液压动力元件概述
• 2.液压泵的排量 • 排量V是指在无泄漏情况下，液压泵转一转所能排出的油液体积。可 见，排量的大小只与液压泵中密封工作容腔的几何尺寸和个数有关。 • 3.液压泵的流量 • (1)理论流量qvt • 液压泵的理论流量是指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油 液体积。其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积，即：qvt=Vn • (2)实际流量qv • 液压泵的实际流量是指单位时间内液压泵实际输出油液体积。 • (3)额定流量qvn • 液压泵的额定流量是指泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。
第3章 液压动力元件
• • • • • • • 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 液压动力元件概述 齿轮泵 叶片泵 柱塞泵 液压泵的选用 液压泵常见故障及排除方法 液压泵站
3.1 液压动力元件概述
• 3.1.1 液压泵的工作原理
• 液压泵的工作原理如图3-1所示。泵是靠密封工作腔的容积变化进行 工作的。根据工作腔的容积变化而进行吸油和排油是液压泵的共同特 点，因而这种泵又称为容积泵。液压泵正常工作必备的条件是: • (1)有周期性的密封容积变化。密封容积由小变大时吸油，由大变小 时压油。 • (2)有配流装置。配流装置的作用是保证密封容积在吸油过程中与油 箱相通，同时关闭供油通路;压油时与供油管路相通而与油箱一切断。 • (3)吸油过程中，油箱必须和大气相通。
• 3.2.1 外啮合齿轮泵
• 1.外啮合齿轮泵的工作原理 • 图3-2所示为外啮合齿轮泵的工作原理图。在齿轮泵工作的过程中， 只要齿轮旋转方向不变，吸、压油腔的位置也是确定不变的，轮齿啮 合线一直起着分隔吸、压油腔的作用，所以不需要单独的配流装置。
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3.2 齿轮泵
• 2.齿轮泵的流量和脉动率 • 外啮合齿轮泵的排量可近似看作是两个啮合齿轮的齿谷容积之和。实 际上，齿谷容积比轮齿体积稍大一些，并且齿数越少误差越大，因此， 在实际计算中齿轮泵的排量为
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3.5 液压泵的选用
• 液压泵是液压系统提供一定流量和压力的油液动力元件。它是每个液 压系统不可缺少的核心元件，合理地选择液压泵对于降低液压系统的 能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠 工作都十分重要。 • 选择液压泵的原则是:根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的 要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小 确定其规格型号。 • 表3-2列出了液压系统中常用液压泵的主要性能比较。 • 一般在机床液压系统中，往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵; 而在农业机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较 强的齿轮泵;在负载大、功率大的场合往往选择柱塞泵。