液压与气压传动 第2章液压泵.

第二章 液压泵 (Hydraulic PumpsHydraulic Pumps) 本章主要内容为 ： 一、液压泵的工作原理与性能参数。 二、齿轮式(Gear Pumps) 、叶片式(Vane Pumps) 、 柱塞泵(Piston Pumps) 。 结构性能 原理应用 学习注意四个要点 2.1 概述 液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为液压能， 是液压传动系统中的动力元件，由原动机（电动机或柴油 机）驱动，为系统提供压力油液。 它们是液压系统的核心元件，其性能好坏将直接 影响到系统是否正常工作。 2.1.1 液压泵的工作原理 B A C O 泵吸入 泵排出 凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生 真空，油液便通过吸油阀5吸入； 柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过 压油阀6排到系统中去。 液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。 图2.1 容积式液压泵工作原理图 l一凸轮；2一柱塞；3泵体；4弹簧； 5-吸油（单向）阀；6-压油（单向）阀 （1） 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，完成压油过程。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。 2.1.2 液压泵正常工作的基本条件 （2） 具有相应的配油机构，将吸油过程与排油过 程分开；并具有良好密封性。 （3） 油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大 气压力。 2.1.3 液压泵和液压马达的图形符号 单向定量双向定量单向变量双向变量 泵 马达 2.1.4 液压泵的主要参数 The Performance of Hydraulic Pumps The Performance of Hydraulic Pumps 液压泵的性能参数主要 有压力、转速、排量、 流量、功率和效率 额定压力ps 在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所 允许的最高压力。（公称压力、铭牌压力） 最高允许 压力pmax 指泵短时间内所允许超载使用的极限压力， 它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制。 工作压力p 液压泵在实际工作时的输出压力，亦即液压泵出口的 压力，泵的输出压力由负载决定。 吸入压力 是指液压泵进口处的压力，当液压泵的安装高度太高 或吸油阻力过大时，液压泵的进口压力将因低于极限 吸入压力而导致吸油不充分，而在吸油腔产生气穴或 气蚀。吸入压力的大小与泵的结构型式有关。 2.1.4.1 液压泵压力（常用单位为MPa） 2.1.4.2 排量和流量 即: 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。 指在无泄漏情况下，液压泵每转所能排出的油液体积。排量 的常用单位是（ml/r）。 qt=V·n (2.1) 指单位时间内液压泵实际输出油液体积. 由于工作过程中泵的出口压力不等于零 ，因而存在内部泄漏 量 q，（泵的工作压力越高，泄漏量越大）使得泵的实际流 量小于泵的理论流量。 q=qt-q （2.2） 即 泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。由于泵存在泄 漏，所以泵实际流量和额定流量都小于理论流量。 排量V 理论流量qt 实际流量q 额定流量qs 2.1.4.3 功率 实际驱动液压泵所需要的机械功率，由电动机或内燃机 给出。 液压泵的输入能量为机械能，其表现为转矩T和转速 ；液压泵的输出 能量为液压能，表现为压力p和流量q。 液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出 口压差p的乘积。 当忽略能量转换及输送过程中的损失时，液压泵的输出功率应 该等于输入功率，即泵的理论功率为： 式中, 液压泵转动的角速度；Tt液压泵的理论转矩。 (2.3) (2.4) 输入功率 输出功率 理论功率 2.1.4.4 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）容积效率 是液压泵实际流量与理论流量之比，即： （2）机械效率 指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机 械损失的大小用机械效率表征。 （3）总效率 : 泵的输出功率与输入功率之比 对液压泵来说，输出压力增大时,泵实际输出的流量减小。 液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。 由图示性能曲线可以看出：容积效率v（或实际流量q）随压力增高而减 小，压力p为零时，泄漏流量q为零，容积效率v=100%，实际流量q等 于理论流量qt。总效率随工作压力增高而增大，且有一个最高值。 例 题 讲 解 例1、某液压泵的工作压力为6.3MPa，理论流量为 63 Lmin，容积效率为0.9，机械效率为0.85， 试求 （1）液压泵输出流量； （2）液压泵输出功率； （3）液压泵需输入功率。 （1）液压泵输出流量 解： 根据公式 第二章 （2 ）液压泵输出功率 根据公式 （3 ）液压泵需输入功率 根据公式 第二章 1616 2.1.5 液压泵的分类 液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为定 量泵(Fixed displacement pumps)和变量泵(Variable displacement pumps)两类； 按结构形式可以分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。液压马 达也具有相同的形式。 按进、出口方向是否可变分为单向泵和双向泵。单向泵只能 一个方向旋转；双向泵可以变换进、出油口。如双向变量泵 不仅可以改变泵的转向，而且还可以操纵变量机构来变换进 、出油口。 1717 2.2 2.2 柱塞泵柱塞泵 Piston PumpsPiston Pumps 柱塞液压泵是依靠柱塞在缸体孔内作往复运动时产生的依靠柱塞在缸体孔内作往复运动时产生的 容积变化进行吸油和压油的容积变化进行吸油和压油的。 特点：特点：由于柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，容易得到高 精度的配合，密封性能好，在高压下工作仍能保持较高 的容积效率和总效率。 分类：分类：根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置 的不同，柱塞液压泵可分为径向柱塞泵径向柱塞泵和轴向柱塞泵轴向柱塞泵两 类。 轴向柱塞泵柱塞的轴线和传动轴的轴线平行 径向柱塞泵柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直 轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类， 目前我国生产的三个基本系列为CY14-1型、ZB型、Z*B型, 并且结构上容易实现无级变量等优点。 不论在国防工业，民用工业都广泛得到应用，一般在液压 系统若需高压时，均用它来发挥作用，如龙门刨床、拉床 、液压机、起重机械等设备的液压系统。 斜盘式 斜轴式 o轴向式 n径向式 n 缸体 均布有五七个柱塞孔，柱塞 底部空间为密闭工作腔。 n 柱塞 其头部滑履与定子内圆接触。 n 定子 与缸体存在偏心。 n 配流轴 n 传动轴 2.2.1 2.2.1 径向柱塞泵径向柱塞泵 Radial Piston PumpsRadial Piston Pumps 2121 2.2.1.1 2.2.1.1 径向柱塞泵径向柱塞泵 Radial Piston PumpsRadial Piston Pumps 转子2的中心与定子1的中心之间有一个偏心量e。在固定不 动的配流轴3上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两 个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔 与泵的吸、排油口连通。 当转子2按图示箭头 方向旋转时，上半 周的柱塞皆往外滑 动，通过轴向孔吸 油；下半周的柱塞 皆往里滑动，通过 配流盘向外排油。 径向柱塞泵的工作原理图 1-定子；2缸体；3柱塞； 4一衬套；5-配油轴 转子的中心与 定子的中心之间有 一个偏心量e。在固 定不动的配流轴上 ，相对于柱塞孔的 部位有相互隔开的 上下两个配流窗口 ，该配流窗口又分 别通过所在部位的 二个轴向孔与泵的 吸、排油口连通。 当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量 就发生改变；因此，径向柱塞泵可以是单向或双向 变量泵。 为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。 径向柱塞泵结构较复杂，自吸能力差，并且配流轴受到径向。 不平衡液压力的作用，易于磨损 2.2.1.2 径向柱塞泵的排量和流量 泵的平均排量为： 泵的输出流量： 当径向柱塞泵的转子和定子间的偏心距为e时，柱塞在缸体 内孔的行程则为2e。 若柱塞数为Z，则泵的排量: 若泵的转速为n，容积效率为pv，则泵的流量为 : 阀配油径向柱塞泵 1一偏心轮；2 -柱塞；3 -弹簧；4 -压油 阀; 5 吸油阀；6 -滚动轴承 2.2.1.3 阀配流径向柱塞泵的工作原理 负载敏感变量径向柱塞泵原理图 1一左变量活塞；2 定子；3 转子；4 右变量活塞 2.2.1.4 负载敏感变量径向柱塞泵 26 轴向柱塞泵实体图轴向柱塞泵实体图 27 轴向柱塞泵分类轴向柱塞泵分类 直轴式（斜盘式）直轴式（斜盘式） 斜轴式（摆缸式）斜轴式（摆缸式） 2.2.2 轴向柱塞泵 轴向柱塞泵中的柱塞是轴向排列的。当缸体轴线和传动轴轴线 重合时，称为斜盘式轴向柱塞泵；当缸体轴线和传动轴轴线不在一 条直线上，而成一个夹角时，称为斜轴式轴向柱塞泵。轴向柱塞 泵具有结构紧凑，工作压力高，容易实现变量等优点。 2.2.2.1 轴向柱塞泵工作原理 斜盘式 1传动轴； 2一斜盘； 3一柱塞； 4缸体； 5一配油盘 2929 斜盘(Swash Plate)1和配油盘(Valve Plate)4不动，传动轴(Drive Shaft)5带动缸体(Cylinder Block)3、柱塞(Piston)2一起转动。 斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵 Swash Plate Axial Piston PumpsSwash Plate Axial Piston Pumps 柱塞2吸油口6缸体3压油口7斜盘1配油盘4 1.工作原理： 密 封 容 积 变 化 密封容积形成密封容积形成柱塞和缸体配合而成 在其自下而上回转的半周内的柱塞，在机械装 置的作用下逐渐向外伸出，使缸体孔内密封工 作腔容积不断增大，产生真空，将油液从配油 盘配油窗口a吸入; 在自上而下的半周内的柱塞被斜盘推着逐渐向 里缩入，使密封工作腔容积不断减小，将油液 经配油盘配油窗口b压出。 吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔 缸 体 逆 转 若柱塞数目为Z，柱塞直径d，柱塞孔分布圆直径D，斜盘倾角 ，则泵的排量为 ： 泵的输出流量为 ： 排量和流量 实际上，柱塞轴向移动速度是随缸体转动角度而变化。泵某一 瞬时输出流量也随而变化，所以泵的输出流量是脉动的泵的输出流量是脉动的，当柱 塞数z为单数时，脉动较小， 因此，一般常用的柱塞数视流量大小，取7、9或11个。 大小变化，流量大小变化 方向变化，输油方向变化 斜盘式轴向柱塞泵变量原理 斜盘式轴向柱塞泵可作双向变量泵！双向变量泵！ 斜盘与缸体中心线的夹角 = 0 ， q = 0 3333 斜盘式轴向柱塞的结构特点 Construction Characteristics of Swash Plate Axial Piston Pumps （2）端面间隙的自动补偿 Automatic Compensating of End Face Clearance 使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外， 还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随 泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面 间隙得到了自动补偿。 斜盘1 柱塞2 缸体3 配油盘4 (1) 柱塞和柱塞孔的加工、装配精度高。柱塞上开设均压槽，以保证轴 孔的最小间隙和良好的同心度，使泄漏流量减小。 3434 （3） 滑履的静压支撑结构 Piston Shoe and Hydrostatic Backup Construction 滑靴的静压支承原理 Ø为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头 部装一滑履。 Ø滑履是按静压轴承原理设计的，缸