第八章 叶片泵

第八章 叶片泵

叶片泵具有流量均匀，运转平稳，噪音低，体积小，重量轻等优点。在机床、工程机械、船舶、压铸及冶金设备中得到广泛的应用。中低压叶片泵的工作压力一般为8MPa ，中高压叶片泵的工作压力可达25MPa 至32MPa 。泵的转速范围为600~2500r/min 。叶片泵对油液的清洁度要求较高。此外，与齿轮泵相比，叶片泵的制造工艺要求也较高。

叶片泵主要分为单作用（转子每转完成吸、排油各一次）和双作用（转子每转完成吸、排油各二次）两种形式。双作用叶片泵与单作用式相比，其流量均匀性好，转子体所受的径向液压力基本平衡。双作用叶片泵都做成定量泵形式，单作用叶片泵一般设计成可以无级调节排量的变量泵。

§8-1 双作用叶片泵的工作原理和流量

一、双作用叶片泵工作原理

图8-1是双作用叶片泵的工作原理图。定子的腰圆形表面由二段半径为R 的大圆弧，二段半径为r 的小圆弧以及四段连接大小圆弧的平滑曲线组成。叶片在转子的叶片槽内可以滑动。转子、叶片、定子都夹在前后两个配流盘中间。当转子旋转时，叶片受离心力而紧贴定子内表面，起密封作用，将吸油腔与排油腔隔开。当转子与叶片从定子内表面的小圆弧区向其大圆弧区移动时，两个油封叶片之间的容积增大，通过配流盘上的配油窗口（吸油槽）吸油；由大圆弧区移向小圆弧区时，通过配流盘上的配油窗口（排油槽）排油。转子转一周，叶片在槽内往复两次，完成两个吸、排油过程，故称双作用式。

泵转子体中的叶片槽底部通排油腔。因此在建立排油压力后，处在吸油区的叶片贴紧定子内表面的压紧力为其离心力和叶片底部液压力之和。在压力还未建立起来的启动时刻，此压紧力仅由离心力产生。如果离心力不够大，叶片就不能与定子内表面贴紧以形成高，低压腔之间的可靠密封，泵由于吸、排油腔沟通而不能进行正常工作。这就是叶片泵最低转速不能太低的原因。

双作用叶片泵的两个排油腔及两个吸油腔均为对称布置，故作用在转子上的液压力互相平衡，轴和轴承的寿命较长。

图8-2是配流盘和定子曲线相对位置关系的示意图。图中的点划线为定子内表面曲线（简称定子曲线），1β和2β分别为大圆弧段及小圆弧段所对应的中心角,1α及2α为在大圆弧区及小圆弧区的吸、排油槽之间的封油角。吸、排油槽开在转子两侧的配流盘上。假定泵的叶片数为Z ，为保证吸、排油腔间的密封，应使Z /21πα≥,Z /22πα≥。为了避免发生困油现象，应使两封油叶片之间的容腔在1α及2α角度范围内移动时（这时，容腔与高、低压腔均不通）。其容积大小保持不变。即保证圆弧段的包角11αβ≥;22αβ≥。 图8-2中陪流盘上排油槽端部的三角槽用来减少液压冲击，起消振作用。若转子顺时针转动，当两相邻叶片间的油腔从吸油区进入大圆弧区时，油腔中的压力保持为低压。当此油腔转到开始与排油区接通时，高压油流入此密闭容腔并压缩其中的油液，因此压力骤升。这个过程会发生压力冲击，并因而产生噪声。为了解决这个问题，一般采用设置上述减振槽的方法，使高、低压油进入密闭容腔时受到节流阻尼，从而减缓了压力冲击现象。

图8-2中的环形槽 通过配流盘背面的沟槽（虚线所示）和排油区接通。此环形槽的位置与转子的叶片槽底部相对应，以便将高压油引到叶片底部，产生使叶片向外紧贴定子内表面的压紧力。

二、双作用叶片泵的瞬时流量和理论排量

由图8-1的双作用叶片泵工作原理图可知：假如叶片为无限薄，当转子在dt 时间内转过ϕd 角度后，叶片泵排出的液体体积为叶片在大圆弧段扫过的体积和叶片在小圆弧段扫过的体积之差。实际上，叶片是有厚度的。在排油区，叶片两端均为高压，它的运动不产生吸排油作用；在吸油区，叶片头部为吸油压力，叶片底部的高压油要用来推动叶片向外伸，所以泵的排出油量应减去这一部分体积Θ。因此，叶片泵在dt 时间内排出的油液体积为 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=∑=n i i i dt SB v dt r R B dV 122cos )(2

2θω (8-1)

式中 R ——定子曲线大圆弧半径；

r ——定子曲线小圆弧半径；

B ——叶片宽度；

ω——叶片泵转子的转动角速度；

S ——叶片厚度；

n ——位于一个吸油区内的叶片数；

i v ——在吸油区内，叶片伸出叶片槽的径向速度；

i θ——在叶片和定子曲线接触处，叶片安置方向和吸油区定子过渡曲线矢径方向的夹角（见

图8-3）。

式（8-1）中括号外边的系数Z 是考虑到双作用叶片泵同时有两对叶片起排有作用，它们的运动规律完全一样。

式（8-1）可用瞬时流量形式表示为

∑=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=n i i i sh v BS r R B Q 122cos 2)(θω （8-2） 若用i ρ表示定子曲线上的各点到转子中心的距离，ϕ表示泵轴的转角。则

i

i i i i d d dt d d d dt d v ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛=ϕρωϕϕρρ 将此式代入式（8-2），可得

⎥⎥⎥⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∑=n i i i sh d d S r R B Q 122cos 2)(θϕρω （8-3） 如近似认为i θ为常数，θθ=i 。则泵的瞬时流量均匀性仅和吸油区的

()∑i d d ϕρ/值有关。即仅与泵在

吸油区的叶片数和此区域定子曲线的形状有关。

双作用叶片泵的理论排量可由图8-1得出： ()()⎥⎦⎤⎢⎣

⎡-+-=---=s s SZ r R r R B r R ZBS r R B q θπθπcos 2cos 2)(222 （8-4） 式中 s θ为在转子外圆上叶片安置方向与径向间的偏角（见图8-3）。

§ 8-2 双作用叶片泵的定子曲线及叶片数

双作用叶片泵的定子曲线（即定子内表面曲线）对叶片泵的流量均匀性、吸入性能和寿命有很大影响。

定子曲线由两段半径为R 的大圆弧、两段半件为r 的小圆弧以及四段过渡曲线组成。

一、定子曲线的要求

（一）过渡曲线

四条过渡曲线是对称的。为了保证工作平稳和输出流量均匀，过渡曲线应满足下列要求：

1. 使叶片不发生脱空

转子旋转时，叶片在转子槽中作径向滑动，叶片头部应紧贴在过渡曲线上。叶片作径向滑动的加速度

大小与过渡曲线的形状有关。在叶片泵刚启动，尚未建立起油压的时候，叶片根部没有液压压紧力。此时若叶片径向运动的向心惯性力大于随转子旋转时的离心力，叶片就会与定子内表面脱离，称为脱空。以后，