液压系统工作原理之--液压泵

第四章液压泵和液压马达§4-1液压泵概述一、液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达的种类按其排量能否调节分为：。定量泵（定量马达）。变量泵（变量马达）按结构形式可分为：。齿轮式。叶片式。柱塞式。螺杆式二、液压泵的工作原理及图形符号（一）液压泵的工作原理液压传动系统中使用的液压泵都是容积式的，其工作原理如图所示。液压泵工作原理单柱塞泵工作原理（一）液压泵的工作原理构成容积泵的基本条件是：1．结构上能实现具有密封性的工作腔；2．工作腔能周而复始地增大和减小，当它增大时与吸油口相连，当它减小时与排油口相连，泵的输出流量与此空间的容积的变化量和单位时间内的变化次数成比例，与其它因素无关；3．吸油口与排油口不能沟通；4.油池内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入液体的外部条件。5.设置专门的配流机构。(2)容积式液压泵的性能从上述工作过程可以推论，液压泵具有以下共同的基本性能：1．液压泵在每一工作周期中吸入或排出的液体容积只取决于工作构件的几何尺寸。因此，在不考虑泄漏影响时，液压泵每转一转(它包含一个或若干个工作周期，视泵的工作原理而定)排出的液体容积--排量是恒定的。2.液压泵的理论流量与泵的转速成正比。因为不考虑泄漏等影响时的理论流量是转速与排量的乘积。3．在不考虑泄漏及液体的压缩性时，液压泵的流量与工作压力无关。因为不管压力高低，在每个工作周期中被泵强迫排出的液体容积是不变的。（三）液压泵的图形符号a.单向定量液压泵b.单向变量液压泵c.单向定量马达d.单向变量马达e.双向变量液压泵f.双向变量马达1）理论流量2）实际流量3）额定流量：额定压力、额定转速下泵输出的流量三、液压泵的性能参数vVnq1.压力2.流量1）工作压力取决于负载2）额定压力3）最高压力{{Vnqt（一）液压泵的性能参数nTPi2mvooiqpPPpqPo时0ip3.输出功率：4.输入功率：ioPP5.效率：mv式中：pi——泵的入口压力po——泵的出口压力mvioiqppqpP)(nT时0ip§4-2齿轮泵外啮合内啮合{{{{分类按齿面按齿形曲线按啮合形式直齿斜齿人字齿渐开线摆线齿轮泵的分类一、外啮合齿轮泵原理和结构1.结构：齿轮、壳体、端盖等(一)外啮合齿轮泵的结构典型结构CB齿轮泵p=2.5MPa卸荷槽缩小压油口减小端面间隙0.03~0.04mm增大吸油口小槽a(泄油）小孔2.工作原理密封工作腔：齿间槽、壳体、端盖组成啮合线、吸油腔、排油腔吸油过程：轮齿脱开啮合→V↑→p↓→吸油；排油过程：轮齿进入啮合→V↓→p↑→排油。外啮合齿轮泵工作原理外啮合齿轮泵工作原理1)产生原因：ε1，构成闭死容积VbVb由大→小，p↑↑，油液发热，轴承磨损。Vb由小→大，p↓↓，汽蚀、噪声、振动、金属表面剥蚀。二、外啮合齿轮泵结构上存在的几个问题1.困油现象2)危害：影响工作、缩短寿命3)措施：开卸荷槽原则：Vb由大→小，与压油腔相通Vb由小→大，与吸油腔相通保证吸、压油腔始终不通吸压2.泄漏问题1)泄漏途径：轴向间隙80%ql径向间隙15%ql啮合处5%ql2)危害：ηv↓3)防泄措施：a)减小轴向间隙b)轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套防泄措施：b)轴向间隙补偿装置浮动侧板浮动轴套a)减小轴向间隙小流量：间隙0.025-0.04mm大流量：间隙0.04-0.06mm3.径向力不平衡1）原因：径向液压力分布不均啮合力2）危害：轴承磨损、刮壳。3）措施：缩小压油口，增加径向间隙。※压油口缩小后，安装时注意不能反转。三、优缺点和用途优点：体积小，重量轻，结构紧凑，工作可靠，自吸性能好，对油液污染不敏感，便于制造、维修。缺点：效率低，流量脉动大，噪声高。用途：工程机械、机床低压系统。四、内啮合齿轮泵1.渐开线齿轮泵特点:结构紧凑，尺寸小，重量轻流量脉动小，噪声小。2.摆线齿轮泵（转子泵）特点:结构简单，体积小重叠系数大，传动平稳吸油条件好脉动小，噪声小齿形复杂，加工精度要求高，造价高。应用：机床低压系统摆线齿轮泵（转子泵）摆线齿轮泵（转子泵）五、齿轮泵的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法噪声大1．吸油管接头、泵体与泵盖的接合面、堵头和泵轴密封圈等处密封不良，有空气被吸入2．泵盖螺钉松动3．泵与联轴器不同心或松动4．齿轮齿形精度太低或接触不良5．齿轮轴向间隙过小6．齿轮内孔与端面垂直度或泵盖上两孔平行度超差7．泵盖修磨后，两卸荷槽距离增大，产生困油8．滚针轴承等零件损坏9．装配不良，如主轴转一周有时轻时重现象1．用涂脂法查出泄漏处。用密封胶涂敷管接头并拧紧；修磨泵体与泵盖结合面保证平面度不超过0.005mm；用环氧树脂黏结剂涂敷堵头配合面再压进；更换密封圈2．适当拧紧3．重新安装，使其同心，紧固连接件4．更换齿轮或研磨修整5．配磨齿轮、泵体和泵盖6．检查并修复有关零件7．修整卸荷槽，保证两槽距离8．拆检，更换损坏件9．拆检，重装调整流量不足或压力不能升高1．齿轮端面与泵盖接合面严重拉伤，使轴向间隙过大2．径向不平衡力使齿轮轴变形碰擦泵体，增大径向间隙3．泵盖螺钉过松4．中、高压泵弓形密封圈破坏、或侧板磨损严重1．修磨齿轮及泵盖端面，并清除齿形上毛刺2．校正或更换齿轮轴3．适当拧紧4．更换零件过热1．轴向间隙与径向间隙过小2．侧板和轴套与齿轮端面严重摩擦1．检测泵体、齿轮，重配间隙2．修理或更换侧板和轴套§4-3叶片泵§4-3叶片泵和叶片马达优点：输出流量均匀、脉动小、噪声低、体积小。缺点：自吸性能差、对油液污染敏感、结构较复杂。分类{单作用双作用每转排油一次每转排油两次一、单作用叶片泵1.结构：转子、定子、叶片、配油盘、壳体、端盖等。特点：●定子和转子偏心；●定子内曲线是圆；●配油盘有二个月牙形窗口。●叶片靠离心力伸出。单作用叶片泵工作原理单作用叶片泵工作原理2.工作原理密封工作腔（转子、定子、叶片、配油盘组成）吸油过程：叶片伸出→V↑→p↓→吸油；排油过程：叶片缩回→V↓→p↑→排油。旋转一周，完成一次吸油，一次排油——单作用泵径向力不平衡——非平衡式叶片泵（一个吸油区，一个排油区）3.流量计算和流量脉动1)流量计算：221RA21VVVbreRbBOABOAV]21)(21[)(22'1'1111breRbBOABOAV]21)(21[)(22'2'2222bbbeReRbeReRVRe2Re421)]Re2()Re2[(21])()[21222222（z21)流量计算式中：b-叶片宽度e–偏心距D-定子内径排量：流量：vnbeDq2beDV2D—RbzzbzVVRe4Re4zbbzVRe42Re22)流量脉动流量脉动：22525.1zz奇数叶片偶数叶片结论：z↑,σ↓.奇数比偶数时σ小。一般取z=13、15片二、双作用叶片泵1.结构特点：●定子和转子同心；●定子内曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成；●配油盘上有四个月牙形窗口。2.工作原理旋转一周，完成二次吸油，二次排油——双作用泵径向力平衡——平衡式叶片泵（两个吸油区，两个排油区）双作用叶片泵原理双作用叶片泵原理3.流量计算和流量脉动vnszrRrRbq]cos)([222其中：b-叶片宽度R-定子长轴半径r-定子短轴半径θ–叶片倾角s–叶片厚度2)流量脉动：01）流量：一般取z=12、16片(取4的倍数）吸压理论上每一瞬间密封容积的变化一样，制造时长、短径圆弧很难保证同心。4.典型结构及结构特征5.结构特点1）叶片倾角T’=Nsin(β-θ)∵sin(β-θ)＜sinβ∴T’＜T作用：减小切向分力，减轻叶片和槽的磨损，避免卡死。一般取θ=10~14OYB型叶片泵取θ=13O双作用叶片泵前倾，单作用叶片后倾。※叶片倾斜放置的泵不能反转受力分析：NTPT=Nsinββ——压力角T∝sinβ,β↑,sinβ↑,T↑危害：叶片和槽磨损，卡死。措施：沿旋转方向前倾θ角前倾θ角后：NT’P’压力角——(β-θ){{2)配油盘上的三角槽原因：p↑↑V↓油液倒流。影响：流量脉动，噪声。措施：开三角槽作用：缓冲，避免压力突变，减小流量脉动和噪声。吸压限压式变量叶片泵1.结构特点:弹簧、反馈柱塞、限位螺钉。eoo’2.工作原理：靠反馈力和弹簧力平衡，控制偏心距的大小，来改变流量。转子中心固定，定子可以水平移动外反馈、限压变量单作用叶片泵变量叶片泵3.流量-压力特性曲线调节限位螺钉，qmax变;改变弹簧刚度，pmax变，BC斜率变。4.优缺点及应用优点：功率利用合理，简化液压系统缺点：结构复杂，泄漏增加，ηm↓，ηv↓应用：要求执行元件有快速、慢速和保压的场合四、叶片泵的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法噪声大1．叶片顶部倒角太小2．叶片各面不垂直3．定子内表面被刮伤或磨损，产生运动噪声4．由于修磨使配油盘上三角形卸荷槽太短，不能消除困油现象5．配油盘端面与内孔不垂直，旋转时刮磨转子端面而产生噪声6．泵轴与原动机不同轴1．重新倒角（不小于1×45°）或修成圆角2．检查，修磨3．抛光，有的定子可翻转180°使用4．锉修卸荷槽5．修磨配油盘端面，保证其与内孔的垂直度小于0.005～0.01mm6．调整连轴器，使同轴度小于ф0.1mm容积效率低或压力不能升高1．个别叶片在转子槽内移动不灵活甚至卡住2．叶片装反3．叶片顶部与定子内表面接触不良4．叶片与转子叶片槽配合间隙过大5．配油盘端面磨损6．限压式变量泵限定压力调得太小7．限压式变量泵的调压弹簧变形或太软8．变量泵的反馈缸柱塞磨损1．检查，选配叶片或单槽研配保证间隙2．重新装配3．修磨定子内表面或更换叶片4．选配叶片，保证配合间隙5．修磨或更换6．重新调整压力调节螺钉7．更换合适的弹簧8．更换新柱塞§4-4柱塞泵轴向式径向式（一）工作原理1.工作原理密封工作腔（缸体孔、柱塞底部）由于斜盘倾斜放置，使得柱塞随缸体转动时沿轴线作往复运动，底部密封容积变化，实现吸油、排油。吸油过程：柱塞伸出→V↑→p↓→吸油；排油过程：柱塞缩回→v↓→p↑→排油。一、轴向柱塞泵*缸体转动*斜盘、配油盘不动缸体、柱塞、配油盘、斜盘*柱塞伸出低压油机械装置{2.典型结构柱塞泵结构与原理柱塞泵结构3.流量计算hAVhd42tgDdV42排量:ztgDdzVV42一个密封空间:tgDhvvzntgDdVnq42流量:式中：d-柱塞直径D-柱塞分布圆直径δ-斜盘倾角z-柱塞数tgDhq∝tgδ,δ↑q↑;δ↓q↓。改变δ的大小——变量泵；改变δ的方向——双向泵。流量脉动率：)2(sin2)4(sin222zzqz为奇数z为偶数结论：柱塞数为奇数时流量脉动小，柱塞数越多，脉动越小。一般取z=7、9、11vnztgDdq424.特点及应用特点：容积效率高，压力高。（ηv=0.98,p=32Mpa）（柱塞和缸体均为圆柱表面,易加工,精度高，内泄小）结构紧凑、径向尺寸小，转动惯量小;易于实现变量；构造复杂,成本高；对油液污染敏感。应用：用于高压、高转速的场合。(二)典型结构SCY14-1型轴向柱塞泵（p=32MPa）斜盘配油盘变量机构压盘缸体滑靴配油盘传动轴结构特点滑靴：降低接触应力，减小磨损。柱塞的伸出：由弹簧压紧压盘，有自吸能力。变量机构：手动变量机构。（三）轴向柱塞泵的常见故障及排除方法故障现象产生原因排除方法噪声大或压力波动大1．变量柱塞因油脏或污物卡住运动不灵活2．变量机构偏角太小，流量过小，内泄漏增大3．柱塞头部与滑履配合松动1．清洗或拆下配研、更换2．加大变量机构偏角，消除内泄漏3．可适当铆紧容积效率低或压力提升不高1．泵轴中心弹簧折断，使柱塞回程不够或不能回程，缸体与配流盘间密封不良2．配油盘与缸体间接合面