液压与气压传动——第六节叶片泵

第三章 液压泵
当转子 2 在传动轴带动下转动 时，叶片在离心力和底部液压 力（叶片槽底部始终与压油腔 相通）的作用下压向定子 3 的 内表面，在叶片、转子、定子 与配流盘之间构成若干密封空 间。
当叶片从小半径曲线段向大半径曲线滑动时，叶片外伸， 这时所构成的密封容积由小变大，形成部分真空，油液便 经吸油窗口吸入；而处于从大半径曲线段向小半径曲线滑 动的叶片缩回，所构成的密封容积由大变小，其中的油液 受到挤压，经过压油窗口压出。
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3. 双作用叶片泵结构特点
（1）定子过渡曲线 定子内表面的曲线由四段圆 弧和四段过渡曲线组成（见图）。 理想的过渡曲线不仅应使叶片在 槽中滑动时的径向速度和加速度 变化均匀，而且应使叶片转到过 渡曲线和圆弧交接点处的加速度 突变不大，以减小冲击和噪声。 目前双作用叶片泵一般都使用综 合性能较好的等加速、等减速曲 线或高次曲线作为过渡曲线。
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(4) 限压式变量叶片泵 （a）外反馈式变量叶片泵的工作原理。下图为外反馈 限压式变量叶片泵工作原理图。转子2的中心O1是固定的， 定子3可以左右移动，在限压弹簧5的作用下，定子3被推 向左端，使定子中心O2和转子中心O1之间有一初始偏心 量e0。它决定了泵的最大流量qmax。定子3的左侧装有反 馈液压缸6，其油腔与泵出口相通。
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（4）提高工作压力的主要措施 双作用叶片泵转子所承受的径向力是平衡的，因此 工作压力的提高不会受到这方面的限制。同时泵采用 配流盘对端面间隙进行补偿后，泵在高压下工作也能 保持较高的容积效率。双作用叶片泵工作压力的提高， 主要受叶片与定子内表面之间磨损的限制。 前面已经提到，为了保证叶片顶部与定子内表面紧 密接触，所有叶片的根部都是与压油腔相通的。当叶 片处于吸油区时，其根部作用着压油腔的压力，顶部 却作用着吸油腔的压力，这一压力差使叶片以很大的 力压向定子内表面，加速了定子内表面的磨损。当泵 的工作压力提高时，这个问题就更显突出，所以必须 在结构上采取措施，使吸油区叶片压向定子的作用力 减小。
双作用叶片 泵叶片倾角
第三章 液压泵
上述的叶片安放形式不是绝对的，实践表明，通过配流孔 道以后的压力油引入到叶片根部后，其压力值小于叶片顶 部所受的压油腔压力，因此在压油区推压叶片缩回的力除 了定子内表面的推力之外，还有液压力（由顶部压力与根 部压力之差引起），所以上述压力角过大使叶片难以缩回 的推理就不十分确切。目前，有些叶片泵的叶片作径向安 放仍能正常工作。 （3）端面间隙的自动补偿 叶片泵同样存在着泄漏问题，特别是端面的泄漏。 为了减少端面泄漏，采取的间隙自动补偿措施是将配流 盘的外侧与压油腔连通，使配流盘在液压推力作用下压 向定子。泵的工作压力愈高，配流盘就会愈加贴紧定子。 同时，配流盘在液压力作用下发生变形，亦对转子端面 间隙进行自动补偿。
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这种叶片泵每转一周，每个密封 容腔完成两次吸、压油过程，故 这种泵称为双作用叶片泵。同时， 泵中两吸油区和两压油区各自对 称，使作用在转子上的径向液压 力互相平衡，所以这种泵又被称 为平衡式叶片泵或双作用卸荷式 叶片泵。这种泵的排量不可调， 因此它是定量泵。
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2.双作用叶片泵排量和流量 由图可知，泵轴转一转时，从吸油窗口流向压油窗口的 液体体积为大半径为R，小半径为r，宽度为b的圆环的体 积。因为是双作用泵，所以双作用叶片泵的排量为
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(2) 单作用叶片泵的排量和流量 单作用叶片泵的叶片转到吸油区时，叶片根部与吸 油窗口连通，转到压油区时，叶片根部与压油窗口连通。 因此，叶片的厚度对排量计算无影响。 如图所示，当单作用叶片泵的转子每转一转时，每 两相邻叶片间的密封容积变化量为V1-V2。 泵的排量近似表达式为
V 2 beD
图 单作用叶片泵工作原理 1－压油口；2－转子；3－定子；4－叶片；5－吸油口
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由于这种泵在转子每转一周过程中，每个密封容腔容积 吸油压油各一次，故称为单作用叶片泵。又因这种泵的 转子受有不平衡的液压作用力，故又称不平衡式叶片泵。 由于轴和轴承上的不平衡负荷较大，因而使这种泵工作 压力的提高受到了限制。改变定子和转子间的偏心距e值， 可以改变泵的排量，因此单作用叶片泵是变量泵。
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（c）限压式变量叶片泵的流量压力特性。限压式变量叶 片泵的流量压力特性曲线如图所示。曲线表示泵工作时流 量随压力变化的关系。当泵的工作压力小于pB时，其流量 变化用斜线表示，它和水平线（理论流量qt）的差值Δq为 泄漏量。此阶段的变量泵相当于一个定量泵，AB称定量段 曲线。点B为特性曲线的拐点，其对应的压力pB就是限定 压力，它表示泵在原始偏心距e0时，可达到的最大工作压 力。当泵的工作压力超过pB以后，限压弹簧被压缩，偏心 距被减小，流量随压力增加而急剧减小，其变化情况用变 量段曲线BC表示。C点所对应的压力pC为极限压力（又称 截止压力）。
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(3) 单作用叶片泵的结构特点 （a）为了调节泵的输出流量，需移动定子位臵，以改 变偏心距e。 （b）径向液压作用力不平衡，因此限制了工作压力的 提高。单作用叶片泵的额定压力一般不超过7 MPa； （c）存在困油现象。由于定子和转子两圆柱面偏心安 臵，当相邻两叶片同时在吸、压油窗口之间的密封区内工 作时，封闭容腔会产生困油现象。为了消除困油现象带来 的危害，通常在配流盘压油窗口边缘开三角形卸荷槽。 （d）叶片后倾。单作用叶片泵叶片倾角安装得主要矛 盾不在压油腔，而在吸油腔。因为单作用叶片泵在压油区 的叶片根部通压力油，而在吸油区的叶片根部不通压力油 而与吸油口连通，为了使吸油区的叶片能在离心力的作用 下顺利甩出，叶片采取后倾一个角度安放。通常后倾角为 24°。
2
F 0 。为了使母叶片和定子的接触压力适当，需正确选 择子叶片和母叶片的宽度之比。
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（5）减振槽 图2-14(P51)，由于双作用叶片泵的工作压力较高，为 避免两叶片间的闭死容积在吸油、压油腔之间转移时， 因压力突变而引起压力冲击，导致叶片的撞击噪声，一 般在配流盘的吸油、压油窗口的前端开有三角形减振槽， 三角尖槽与配流窗口尾端之间的封油角小于两叶片之间 的夹角，对配流窗口前端开有减振槽的双作用叶片泵不 允许反转。
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4.单作用叶片泵 (1) 单作用叶片泵的工作原理 图为单作用叶片泵工作原理图。与双作用叶片泵明显 不同的是，单作用叶片泵的定子内表面是一个圆形，转子 与定子间有一偏心量 e ，两端的配流盘上只开有一个吸油 窗口和一个压油窗口。当转子旋转一周时，每一叶片在转 子槽内往复滑动一次，每相邻两叶片间的密封容腔容积发 生一次增大和缩小的变化，容积增大时通过吸油窗口吸油， 容积减小时通过压油窗口将油挤出。 单作用叶片泵
泵的实际流量为
q 2 beDnV
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q 2 beDnV
上式也表明，只要改变偏心距 e ，即可改变泵的输出流 量。单作用叶片泵的定子内径和转子外径都为圆柱面， 由于偏心安臵，其容积变化是不均匀的，因此有流量脉 动。理论分析表明，叶片数为奇数时脉动率较小，而且 泵内的叶片数越多，流量脉动率就越小。考虑到上述原 因和结构上的限制，一般叶片数为13或15。
1－叶片；2－转子；3－定子
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(b)子母叶片结构。子母叶片又称复合叶片，如图所示。 定子，转子，母叶片，子叶片，压力通道，中间压力腔， 压力平衡孔各部分的作用。 P1,P2,B,b,t的含义
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(b)子母叶片结构 在转子叶片槽中装有母叶片和子叶片。母、子叶片能自由 地相对滑动。母叶片的根部L腔经转子2上的油孔始终和顶 部油腔相通，而子叶片4和母叶片1之间的小腔C通过配流 盘经压力平衡K槽总是接通压力油。叶片作用在定子上的 力： F bt( p2 p1) p2 p1 ，故 在吸油区， p1 0 ，则 F btp 。在排油区，
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（ b ）内反馈变量叶片泵的工作原理。内反馈变量叶片泵 的工作原理与外反馈式相似，但是，泵的偏心距的改变不 是依靠外反馈液压缸，而是依靠内反馈液压力的直接作用。 内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、压油窗口布臵如图所示， 由于存在偏角 θ，压油区的压力油对定子3的作用力F在平 行于转子、定子中心连线O1O2的方向有一分力Fx。随着液 压泵工作压力p的升高，Fx也增大。当Fx大于限压弹簧5的 预紧力kx0时，定子3就向右移动，减小了定子和转子的偏 心距，从而使流量相应变小。
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（2）叶片安放角 如图所示，叶片在压油区工作时，它 们均受定子内表面推力的作用不断缩回槽 内。当叶片在转子中径向安放时，定子表 面对叶片作用力的方向与叶片沿槽滑动的 方向所成的压力角 β 较大，因而叶片在槽 内运动时所受到的摩擦力也较大，使叶片 滑动困难，甚至被卡住或折断。为了解决 这一矛盾，可以将叶片不按径向安放，而 是顺转向前倾一个角度 θ ，这时的压力角 就是 。压力角的减小有利于叶片 在槽内的滑动，所以双作用叶片泵转子的 叶片槽常做成向前倾斜一个安放角 θ 。在 叶片前倾安放时，叶片泵的转子就不允许 反转。
V 2( R 2 r 2 )b
则泵的实际输出流量为
q Vnv 2( R 2 r 2 )bnv
式中 b——叶片的宽度（m）。 叶片体积对排量无影响。因为在压油腔，叶片缩回排 出的液体体积补偿了叶片在压油腔所占的体积。
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如不考虑叶片厚度，在一定的条 件下，则理论上双作用叶片泵无 流量脉动。这是因为在压油区位 于压油窗口的叶片不会造成它前 后两个工作腔之间的隔绝不通， 此时，这两个相邻的工作腔已经 连成一体，形成了一个组合的密封工作腔。 随着转子的匀速转动，位于大、小半径圆弧处的叶片均 在圆弧上滑动，因此组合密封工作腔的容积变化率是均 匀的。实际上，由于存在制造工艺误差，两圆弧有不圆 度，也不可能完全同心；其次，叶片有一定的厚度，根 部又连通压油腔，叶片底槽在吸油区时，消耗压力油， 但在压油区时，压力油又被压出，同样会造成了流量脉 动。由理论分析和实验表明，双作用叶片泵的脉动率在 叶片数为4的整数倍且大于8时最小，故双作用叶片泵的 叶片数通常取为12或16。
第三章 液压泵
可以采取的措施有多种，下面介绍在高压叶片泵中常 用的双叶片结构和子母叶片结构。 (a)双叶片结构。如图所示，在转子2的每一槽内装有两 片叶片1，叶片的顶端和两侧面的倒角构成V形通道， 使根部压力油经过通道进入顶部（图中未标出通油孔 道），这样，叶片顶部和根部压力相等，但承压面积 并不一样，从而使叶片1压向定子3的作用力不致过大。
课程名称：液压与气压传动
院
姓
系：机电学院机械电子系
名：沈 刚
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3.4 叶片泵
1.双作用叶片泵的工作原理 如图所示为双作用叶片泵的工作原理。 定子的两端装有配流盘，定子 3 的内 表面曲线由两段大半径圆弧、两段小 半径圆弧以及四段过渡曲线组成。定 子 3 和转子 2 的中心重合。在转子 2 上 沿圆周均布开有若干条（一般为12或 16 条）与径向成一定角度 （一般为 1－压油窗口；2－转子；3 13 ）的叶片槽，槽内装有可自由滑 －定子；4－吸油窗口 动的叶片。在配流盘上，对应于定子 四段过渡曲线的位臵开有四个腰形配 双作用叶片泵 流窗口，其中两个与泵吸油口 4 连通 双作用叶片泵2 的是吸油窗口；另外两个与泵压油口 1连通的是压油窗口。
限压式变量叶片泵
1－最大流量调节螺钉；2－转子；3－定子；4－限 定压力调节螺钉；5－限压弹簧；6－反馈液压缸
第三章 液压泵
在泵工作过程中，液压缸 6的活塞对定子 3施加向右 的反馈力pA（A为液压缸6活塞的有效作用面积）。若泵 的工作压力达到 pB 值时，定子所受的液压力与弹簧力相 平衡，有 pBA=kx0 （ k 为弹簧刚度，为弹簧的预压缩量）， 这里 pB 称为泵的限定压力。当泵的工作压力 p<pB 时， pA<kx0，定子e0不动，最大偏心距保持不变，泵的流量也 维持最大值 qmax ；当泵的工作压力 p>pB 时， pA>kx0 。限 压弹簧被压缩，定子右移，偏心距减小，泵的流量也随 之迅速减小。