第二章-液压泵

Chapter3Hydraulicpumps液压泵3.1Introduction概述3.2Pistonpumps柱塞泵3.3Vanepumps叶片泵3.4Gearpumps齿轮泵3.5Variabledisplacementcontrolofpumps泵的变量控制3.1Introductions概述1.Functions作用TransformMechanicalEnergyintoHydraulicEnergy把机械能转化为液体的压力能。（能量转化元件）MpM.E.H.EωqPump（液压泵）2.Operatingprinciple工作原理Fig.3-1OperatingprincipleofasinglepistonpumpFormingoiltightchamber密封工作容积的形成Changingtheoiltightchamber密封容积变化（increasing:suctionoil;decreasing:deliveryoil）（容积变大:吸油；容积变小:压油）Separatinginletportfromoutletport高、低压工作腔分开Conclusion结论Workingbasedontheoiltightchambervariation密闭工作腔容积的变化进行工作－－Displacementpumps容积式液压泵Conditions工作条件3.Mainperformanceparameters基本参数Pressure压力（Pa，MPa）Suctionpressure进口压力Workingpressure工作压力pOperatingpressuredependsontheoverallloads工作压力取决于外负载。Ratedpressure额定压力prThemaximumoperatingpressureonpumplife长期工作所允许的最高工作压力。Maximumworkingpressure最高工作压力pmaxLimitpressureinshorttimeoverload短时间超载允许的极限压力。Displacementandflowrate排量、流量Delivery:Variablevolumeperrevolution排量V：每转可变容积的变化体积（m3/r,mL/r）edV242ed221Theoreticalflowrate:Variablevolumeperunit理论流量qt：单位时间可变容积变化的几何体积（m3/s、L/min）nVqtn—rotatingspeed（转速）Practicalflowrate:Outputoilvolumeperunit实际流量q：单位时间内输出的液体体积量由于泄漏、压缩等，输出的液体体积比理论值小。Ratedflowrate：theflowrateunderratedpressureandratedrotatingspeed额定流量qr：在额定压力和额定转速下的实际流量0rtqqnVq0tqprpqqpqPowerandefficiency功率、效率Outputpower：输出功率Po则柱塞单位时间里对液体作的功，即功率：设柱塞以力F，速度v推动液体排出，则Δt时间里柱塞对液体作的功为：TnTP2lFwlAptwPotlApvAptqpInputpower：输入功率PτThemechanicalpowerofthedrivingshaft.泵的输入功率即偏心轮的驱动功率：Volumetricefficiency：容积效率ηvVolumetricefficiencyduetoleakage因泄漏引起TTtmttttvqqqqqqq1Mechanicalefficiency：机械效率ηmMechanicalefficiencyduetofriction因摩擦引起Overallefficiencyofpump：泵的总效率η泵的实际输出不等于输入mvoPPvolumetricefficiencytimesmechanicalefficiency容积效率乘机械效率4.Performancecurves性能曲线Fig.3-2Accordingtothetypesofdelivery根据每转输出的液体体积能否调节Fixeddeliverypump定量泵Variabledeliverypump变量泵5.Classification分类按油液流动方向是否可变化Non-returnpump单向泵Reversiblepump双向泵按结构形式的不同Pumps泵Geartype齿轮式Vanetype叶片式PistonType柱塞式Externalmeshed外啮合Innermeshed内啮合Double-acting双作用式Single-acting单作用式Axial轴向式Radial径向式Swashplate斜盘式Bentaxis斜轴式定量式变、定量式Graphsymbols图形符号Variable定量泵变量泵双向定量泵DoubleSingle双向变量泵Fixed1.径向柱塞泵（Radialpistonpump）结构Fig.3-5泵体Body输入轴Driveshift花键联接转子（缸体）Rotor定子Stator偏心e安装柱塞Piston：可在缸体径向柱塞孔中作伸缩运动配流轴Valveshaft：位于缸体中心，固定不动（变量机构：改变定子与转子间的偏心距)3.2柱塞泵（Pistonpumps）径向柱塞泵工作原理示意图类似于单作用叶片泵。配油轴固定不动，输入轴经花键带动转子旋转。定子与转子偏心安装，柱塞在离心力或低压油作用下，抵紧定子内壁，形成往复运动。改变定子与转子偏心距e，即可实现变量。如能改变e的方向，就可做成双向变量泵。工作原理2.斜盘式轴向柱塞泵Swashplateaxialpistonpumps结构Fig.3-7泵体Housing：有进出油口驱动轴Driveshaft：花键联接缸体Cylinder:内有z个柱塞孔(均布)柱塞Pistons：共有z个轴向相对伸缩配流盘Valveplate:有两油口分别与泵体进、出口端面接触，相对转动。斜盘Swashplate：倾斜α角安装（变量机构Controller：控制斜盘倾角）Fig.3-7工作原理密封容积形成柱塞端面、柱塞孔内表面、配流盘。密封体积变化转子旋转，柱塞在斜盘强迫下往复伸（容积变大）、缩（容积变小）。高、低压油腔分开配流盘上过渡区。特点压力高，流量大（→功率大）改变斜盘倾角α即可改变泵的排量，可制成变量泵改变倾斜方向（α-α），泵的转动方向不变，而进、出油口互换。——双向变量泵3.弯(斜)轴式柱塞泵Bent-axisaxialpistonpumps结构及工作原理Fig.3-8与斜盘式类似。与斜盘式轴向柱塞泵相比有以下特点：驱动轴与缸体轴线成一定角度，最大可达到25°，排量大。驱动轴通过万向节带动缸体旋转，柱塞只传递轴向力。工作压力高，流量大，单位功率重量小，寿命长，易于实现变量；但噪声大，抗油液污染能力差。4.Specialty特点3.3叶片泵（Vanepumps）1.单作用叶片泵（Single-actingvanepumps）结构定子Stater偏心e安装转子Rotor：有叶片槽可径向伸缩叶片Vane：在叶片槽中配流盘Valveplate：共两块，有吸、压油口，固定在转子的两端泵体：有进、出油口分别与配流盘上油口相通。工作原理密封容积形成定子内表面、转子外表面、叶片与配油盘组成。（有多个）密封体积变化转子转动时,叶片在作用力和定子强迫下：伸→容积变大缩→容积变小高、低压油腔分开过渡区中有叶片。（过渡区的长度应略大于两相邻叶片间的最大距离)特点每转各叶片吸压油各一次（单作用）转子径向受力不平衡为消除困油，配流盘上开有三角槽（卸荷槽）叶片沿旋转方向后倾，利于叶片甩出（改变偏心距e可改变输出流量q，制成变量泵）2.双作用叶片泵（Double-actingvanepumps）结构类似于单作用式，区别在于：定子内表面由圆弧面(四段)和过渡曲面组成配流盘有四个油口轴对称分布转子与定子同心安装工作原理同单作用式。特点转子每转各叶片吸压油各两次（双作用）转子径向受力平衡定子曲线保证流量脉动小叶片前倾以减小压力角压力角：叶片伸缩运动方向与定子曲线的法线之间夹角。单作用叶片泵双作用叶片泵每转作用次数转子每转一圈，完成一次吸、排油过程。转子每转一圈，完成二次吸、排油过程。叶片安装叶片后倾叶片前倾定子内表面曲线定子内表面曲线是一完整的圆。定子内表面由四段圆弧和四段过渡曲线组成定、转子几何中心定子与转子偏心安装同心安装单、双作用叶片泵比较表单作用叶片泵双作用叶片泵转子径向受力存在不平衡的径向力径向力相互抵消。变量调节定子和转子的偏心距e即可变量。如果改变e的方向出现－e，就可改变泵的进、出油口(双向泵)不能变量续上表3.叶片式变量泵（Pressure-limitingvariablevanepumps）结构（Fig.3-13）与单作用叶片泵相似，但带有压力控制弹簧和排量调节螺钉。工作原理（Fig.3-14）液压泵压力油作用于定子上所产生径向力的水平分力与弹簧力进行比较，以决定定子与转子间的偏心距大小。结构紧凑、流量脉动小、噪音低，但结构较复杂，对油液精度要求高，可靠性差。适用于要求运转平稳、流量均匀、低噪声的工作场合。4.Specialty特点3.4Gearpumps齿轮泵1.分类根据结构的不同，可分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种。2.Externalgearpumps外啮合齿轮泵结构（Fig.3-15、16）由泵体、一对相啮合的齿轮、两块侧板、输入轴等组成。工作原理密封容积的形成齿面、泵体内表面、两侧板内表面组成封闭的空间。注意：该空间可与泵体上的油口相通。密封容积的变化齿轮旋转，一腔进入啮合容积变小；一腔分开容积变大。高、低压腔分开啮合面及两侧板内表面。结构要点Phenomenonofsurroundedoil困油现象由于闭死容积的变大变小，造成闭死容积中液体的压力急剧升高和降低的现象称为困油现象。消除措施：在齿轮两侧的端盖（侧板）上开设卸荷槽。Unbalancedradialforce径向力不平衡解决措施：缩小压油口直径开压力平衡槽（泄漏量增大）Leakage泄漏有端面泄漏、径向泄漏和啮合泄漏三条途径。特点结构简单、体积小、重量轻、工作可靠、自吸性能好、抗油污能力强；但效率低，噪音大，流量脉动大，不能用做变量泵。3.5变量泵的控制1.被控量两个被控制的量：流量和系统最高压力。2.变量方式轴向柱塞泵改变斜盘倾斜角（Fig.3-7）或缸体与驱动轴的夹角（Fig.3-9）径向柱塞泵与单作用叶片泵改变偏心距（Fig.3-6、3-13）3.变量机构手动变量机构Fig.3-6结构简单，通常只能在停机或压力较低时才能实现变量。手动伺服式用手操纵伺服阀，通过变量油缸活塞带动变量机构动作。液压外控式Fig.3-9由外部的压力油驱动变量机构动作。电控式通过控制电机驱动变量机构。液压内控式Fig.3-13由泵体本身的液压力来驱动变量机构动作。4.变量泵的形式限压式变量泵Fig.3-13流量随压力升高而降低，当达到限定压力时，流量小到仅够维持系统的泄漏，压力不会再升高，所以这种泵不需要溢流阀保护。可用在具有快进和快退工作循环的机械加工中（如组合机床、冲压机等）。泵的输出压力与流量关系如Fig.3-14(b)。恒压式变量泵当压力达到调定压力后，输出流量减少到最小值（仅供维持系统的泄漏），压力不再升高。由于流量急剧变化时会产生压力高峰，须设置溢流阀进行保护。恒压式变量泵恒功率变量泵Fig.3-9例题【例1】选择题1)液压泵进口处的压力称为；泵的实际工作压力称为；泵在连续运转时允许使用的最高工作压力称为；泵短时间内超载所允许的极限压力称为。A．工作压力B．最大压力C．额定压力D．吸入压力2)泵在没有泄漏的情况下，根据几