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1、第三章第三章 液压泵液压泵l章节目录：l 3.1 液压泵概述液压泵概述l3.2 齿轮泵齿轮泵l3.3 叶片泵叶片泵l3.4 柱塞泵柱塞泵l3.5 液压泵的选用液压泵的选用3.1 液压泵概述l液压泵是液压系统中的动力装置，是能量转换元件。它由原动机（电动机或内燃机）驱动，把输入的机械能转换为工作液体的压力能输出到系统中去，为执行元件提供动力。它是液压系统不可缺少的核心元件，其性能好坏直接影响到系统是否正常工作。3.1.1 3.1.1 液压泵的工作原理液压泵的工作原理l液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。图3-1所示的是一单柱塞液压泵的工作原理图。图中柱塞2安装在缸体3中形成一个密封容积a，柱塞
2、在弹簧4的作用下始终紧抵在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转时，柱塞2将作往复运动，使密封容积a的大小发生周期性的交替变化。当a由小变大时就形成部分真空，油箱中油液在大气压作用下，经吸油管顶开单向阀6进入油箱a而实现吸油；反之，当a由大变小时，a腔中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就不断地吸油和压油，这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能输出。l如上是以单柱塞液压泵来分析液压泵的工作原理的，但代表了液压泵的共同性质。液压泵都是依靠密封容积变化的原理来进行工作的，故一般称为容积式液压泵。图3-1 液压泵工作原理图1-偏心轮 2-柱塞 3-缸
3、体 4-弹簧 5-单向阀 6-单向阀3.1.2 液压泵的主要性能参数l1液压泵的压力l(1)工作压力l液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。l(2)额定压力l液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。超过此值即为过载。l(3)最高允许压力l在超过额定压力的条件下，根据试验标准规定，允许液压泵短暂运行的最高压力值，称为液压泵的最高允许压力。一般最大允许压力为额定压力的1.1倍。超过这个压力液压泵将很快损坏。l2液压泵的排量和流量l流量是指单位时间内泵输出油液的体积，其单位为 。l(
4、1)排量Vl它是由泵密封容腔几何尺寸变化计算而得到的泵每转排出油液的体积。在工程上，它可以用在无泄漏的情况下，泵每转所排出的油液体积来表示，国际标准单位为 ，常用的单位为 。l(2)理论流量理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下，在单位时间内所排出的液体体积的平均值。显然，如果液压泵的排量为V,其主轴转速为n,则该液压泵的理论流量为 ：l(3)实际流量l它是泵工作时的输出流量，这时的流量必须考虑到泵的泄漏。它等于泵理论流量减去泄漏损失的流量 ，即：l(4)额定流量l它是泵在额定转速和额定压力下输出的流量。由于泵存在泄漏，所以泵实际流量q和额定流量 都小于理论流量 。l3液压泵的功率和效率
5、l(1)液压泵的功率损失 液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分。l容积效率 容积损失是指液压泵流量上的损失，液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量，其主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示,它等于液压泵的实际输出流量与其理论流量之比，即：l机械效率 机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩总是大于理论上所需要的转矩，其主要原因是由于液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦转矩损失以及液体的粘性而引起的摩擦损失。液压泵的机械损失
6、用机械效率表示，它等于液压泵的理论转矩与实际输入转矩之比，设转矩损失为，则液压泵的机械效率为：l(2)液压泵的功率l理论功率 液压泵的输入为机械能，表现为转矩和转速；其输出为压力能，表现为压力和流量。当用液压泵输出的压力能驱动液压缸克服负载F以速度运动时(若不考虑能量损失)，则液压泵和液压缸的理论功率为:l输入功率 液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,当输入转矩为，角速度为时,有：(3-7)l输出功率 液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差p和输出流量q的乘积,即：l(3)液压泵的效率l液压泵的输出功率总是小于输入功率，两者之差即为功率损失，功率损失又可分
7、为容积损失(泄漏造成的流量损失)和机械损失(摩擦造成的转矩损失)。通常容积损失用容积效率 来表征，机械损失用机械效率 来表征。l容积效率是指液压泵的实际流量与理论流量比值，即液压泵的泄漏量随压力升高而增大，相应其容积效率也随压力升高而降低。机械效率是指驱动液压泵的理论转矩与实际转矩的比值，即由式(3-6)可得，代入可得液压泵的总效率为其实际输出功率和实际输入功率的比值 液压泵的各个参数和压力之间的关系如图3-2所示。图3-2 液压泵的特性曲线3.2 齿轮泵齿轮泵l齿轮泵是一种常用液压泵。其主要特点是结构简单，制造方便，价格低廉，体积小，重量轻，自吸性能好，对油液污染不敏感和工作可靠等。其主要缺
8、点是流量和压力脉动大，噪声大，排量不可调。l按齿轮的啮合形式的不同，齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵，由于外啮合齿轮泵工艺简单、加工方便，因而应用最广。下面分别介绍它们的工作原理、结构特点和性能。3.2.1齿轮泵的工作原理和结构齿轮泵的工作原理和结构l外啮合齿轮泵的工作原理如图3-3所示。其主要结构由泵体、一对啮合的齿轮、泵轴和前后泵盖组成。l当泵的主动齿轮按图示箭头方向旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿轮脱开啮合，使密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐
9、减小，齿轮间部分的油液被挤出，从压油腔输送到系统中去，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮在电机带动下不断地旋转，齿轮泵就不断地吸、压油。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。图3-3 外啮合型齿轮泵工作原理l如图3-4所示为CB-B齿轮泵的结构图。该泵采用了泵体7与两泵盖4、8三片式结构，两泵盖与泵体用两个定位销17和六个螺钉9连接，这种结构便于制造和维修时控制齿轮端面和盖板间的端面间隙(小流量泵间隙为0.0250.04mm，大流量泵间隙为0.040.06mm)。泵体内有一对齿数相同的互相啮合的齿轮，两齿轮分别用键联接在由滚针轴承支承的主动轴12和从动轴15上。该泵采用了内部泄油方式
10、，从压油腔泄漏到滚针轴承的油液可通过泄油通道流回吸油腔，以保证冷油循环润滑轴承，同时也降低堵头2和骨架式密封圈11处的密封要求。为防止油液从泵体与盖板的结合面处向外泄漏和减小螺钉9的拉力，在泵体两端面上开有封油卸荷槽16，将渗入泵体和盖板结合面间的压力油引回吸油腔，既防止了油液外溢，同时也润滑了滚针轴承。图3-4 CB-B齿轮泵的结构1轴承外环 2堵头 3轴承 4后泵盖 5键 6齿轮 7泵体8前泵盖 9螺钉 10压环 11骨架式密封圈 12主动轴 13键 14泻油孔 15从动轴 16泻油槽 17定位销3.2.2 齿轮泵流量计算齿轮泵流量计算l齿轮泵的排量和流量的严密计算比较复杂，这是因为齿轮旋
11、转时，齿轮的不同啮合点工作容腔容积的变化率是不一样的，故在每一个瞬间所排出的油液量也不相同。为简化起见，可采用一下近似计算方法。l齿轮泵的排量V相当于一对齿轮所有齿槽容积之和,假如齿槽容积大致等于轮齿的体积,那么齿轮泵的排量等于一个齿轮的齿槽容积和轮齿容积体积的总和,即相当于以有效齿高(h=2m)和齿宽构成的平面所扫过的环形体积,即：l 3.2.3齿轮泵的结构特点分析齿轮泵的结构特点分析l1齿轮泵的困油现象l齿轮泵要能连续地供油，就要求齿轮啮合的重叠系数大于1，也就是当一对齿轮尚未脱开啮合时，另一对齿轮已进入啮合，这样就出现同时有两对齿轮啮合的瞬间，在两对齿轮的齿向啮合线之间形成了一个封闭容积
12、。一部分油液也就被困在这一封闭容积中见图3-5(a)，齿轮连续旋转时，这一封闭容积便逐渐减小，到两啮合点处于图3-5(b)所示节点两侧的对称位置时，封闭容积为最小。齿轮再继续转动时，封闭容积又逐渐增大，直到图3-5(c)所示位置时，容积又变为最大。在封闭容积减小时，被困油液受到挤压，压力急剧上升，使轴承上突然受到很大的冲击载荷，使泵剧烈振动，这时高压油从一切可能泄漏的缝隙中挤出，造成功率损失，使油液发热等。当封闭容积增大时，由于没有油液补充，因此形成局部真空，使原来溶解于油液中的空气分离出来，形成了气泡。油液中产生气泡后，会引起噪声、气蚀等一系列恶果。以上情况就是齿轮泵的困油现象。这种困油现象
13、极为严重地影响着泵的工作平稳性和使用寿命。图3-5 齿轮泵的困油现象图3-5 齿轮泵的困按上述对称开的卸荷槽，当困油封闭腔由大变至最小时(见图3-6)，由于油液不易从即将关闭的缝隙中挤出，故封闭油压仍将高于压油腔压力；齿轮继续转动，当封闭腔和吸油腔相通的瞬间，高压油又突然和吸油腔的低压油相接触，会引起冲击和噪声。于是CBB型齿轮泵将卸荷槽的位置整个向吸油腔侧平移了一个距离。这时封闭腔只有在由小变至最大时才和压油腔断开，油压没有突变。封闭腔和吸油腔接通时，封闭腔不会出现真空也没有压力冲击，这样改进后，使齿轮泵的振动和噪声得到了进一步改善。油现象图3-6齿轮泵的困油卸荷槽图 2径向不平衡力l齿轮泵
14、工作时，在齿轮和轴承上承受径向液压力的作用。如图3-7所示，泵的右侧为吸油腔，左侧为压油腔。在压油腔内有液压力作用于齿轮上，沿着齿顶的泄漏油，具有大小不等的压力，就是齿轮和轴承受到的径向不平衡力。液压力越高，这个不平衡力就越大，其结果不仅加速了轴承的磨损，降低了轴承的寿命，甚至使轴变形，造成齿顶和泵体内壁的摩擦等。为了解决径向力不平衡问题，在有些齿轮泵上，采用开压力平衡槽的办法来消除径向不平衡力，但这将使泄漏增大，容积效率降低等。CBB型齿轮泵则采用缩小压油腔，以减少液压力对齿顶部分的作用面积来减小径向不平衡力，所以泵的压油口孔径比吸油口孔径要小。图3-7齿轮泵的径向不平衡力2径向不平衡力（3
15、）齿轮泵的泄漏途径l在液压泵中，运动件间是靠微小间隙密封的。这些微小间隙从运动学上形成摩擦副，而高压腔的油液通过间隙向低压腔泄漏是不可避免的；齿轮泵压油腔的压力油可通过三条途径泄漏到吸油腔去：一是通过齿轮啮合线处的间隙（齿侧间隙），二是通过体定子环内孔和齿顶间隙的径向间隙（齿顶间隙），三是通过齿轮两端面和侧板间的间隙（端面间隙）。在这三类间隙中，端面间隙的泄漏量最大，压力越高，由间隙泄漏的液压油液就越多。因此为了实现齿轮泵的高压化，为了提高齿轮泵的压力和容积效率，需要从结构上来采取措施，一般采用对齿轮端面间隙进行自动补偿的办法。3.2.4 高压齿轮泵的特点l上述齿轮泵由于泄漏大(主要是端面泄漏
16、，约占总泄漏量的70%80%)，且存在径向不平衡力，故压力不易提高。高压齿轮泵主要是针对上述问题采取了一些措施，如尽量减小径向不平衡力和提高轴与轴承的刚度；对泄漏量最大处的端面间隙，采用了自动补偿装置等。下面对端面间隙的补偿装置作简单介绍。（1）浮动轴套式 l图3-8(a)是浮动轴套式的间隙补偿装置。它利用泵的出口压力油，引入齿轮轴上的浮动轴套1的外侧A腔，在液体压力作用下，使轴套紧贴齿轮3的侧面，因而可以消除间隙并可补偿齿轮侧面和轴套间的磨损量。在泵起动时，靠弹簧4来产生预紧力，保证了轴向间隙的密封。图3-8端面间隙补偿装置示意图（2）浮动侧板式 l浮动侧板式补偿装置的工作原理与浮动轴套式基
17、本相似，如图3-8(b)所示，它也是利用泵的出口压力油引到浮动侧板1的背面，使之紧贴于齿轮2的端面来补偿间隙。起动时,浮动侧板靠密封圈来产生预紧力。（3）挠性侧板式 l图3-8(c)是挠性侧板式间隙补偿装置，它是利用泵的出口压力油引到侧板的背面后，靠侧板自身的变形来补偿端面间隙的。侧板的厚度较薄，内侧面要耐磨(如烧结有0.50.7mm的磷青铜)，这种结构采取一定措施后，易使侧板外侧面的压力分布大体上和齿轮侧面的压力分布相适应。3.2.5 齿轮泵的常见故障及排除方法齿轮泵的常见故障及排除方法l齿轮泵在使用中产生的故障较多，原因也很复杂，有时是几种因素联系在一起而产生故障，要逐个分析才能解决。现仅
18、就齿轮泵的常见故障及排除方法列于表3-1。用涂脂法查出泄漏处。更换密封圈；用环氧树脂粘结剂涂敷堵头配合面再压进；用密封胶涂敷管接头并拧紧；修磨泵体与盖板结合面保证平面度不超过0.005mm配研(或更换)齿轮配磨齿轮、泵体和盖板端面，保证端面间隙拆检，修磨(或更换)有关零件修整困油卸荷槽，保证两槽距离拆检，装配调整拆检，更换损坏件调整联轴器，使同轴度小于故障现象产生原因排除方法噪声大吸油管接头、泵体与盖板的结合面、堵头和密封圈等处密封不良，有空气被吸入齿轮齿形精度太低端面间隙过小齿轮内孔与端面不垂直、盖板上两孔轴线不平行、泵体两端面不平行等两盖板端面修磨后，两困油卸荷凹槽距离增大，产生困油现象装
19、配不良，如主动轴转一周有时轻时重现象滚针轴承等零件损坏泵轴与电机轴不同轴出现空穴现象用涂脂法查出泄漏处。更换密封圈；用环氧树脂结剂涂敷堵头配合面再压进；用密封胶涂敷管接头并拧紧；修磨泵体与盖板结合面保证平面度不超过0.005mm配研(或更换)齿轮配磨齿轮、泵体和盖板端面，保证端面间隙拆检，修磨(或更换)有关零件修整困油卸荷槽，保证两槽距离拆检，装配调整拆检，更换损坏件调整联轴器，使同轴度小于检查吸油管、油箱、过滤器、油位及油液粘度等，排除空穴现象容积效率低、压力提不高端面间隙和径向间隙过大各连接处泄漏油液粘度太大或大小溢流阀失灵电机转速过低出现空穴现象配磨齿轮、泵体和盖板端面，保证端面间隙；将
20、泵体相对于两盖板向压油腔适当平移，保证吸油腔处径向间隙再紧固螺钉，试验后，重新钻、铰销孔，用圆锥销定位紧固各连接处测定油液粘度，按说明书要求选用油液拆检，修理(或更换)溢流阀检查转速，排除故障根源检查吸油管、油箱、过滤器、油位及油液粘度等，排除空穴现象堵头和密封圈有时被冲掉堵头将泄漏通道堵塞密封圈与盖板孔配合过松泵体装反泄漏通道被堵塞将堵头取出涂敷上环氧树脂粘接剂后，重新压进更换密封圈纠正装配方向清洗泄漏通道3.3 叶片泵叶片泵l叶片泵具有结构紧凑、流量均匀、噪声小、运转平稳等优点，因此广泛用于中、低压液压系统中。但它也存在着结构复杂、吸油能力差、对油液污染比较敏感等缺点。l叶片泵有单作用式和
21、双作用式两种。所谓单作用式是指叶片泵转子每转一圈完成一次吸油，压油；而双作用式则是转子每转一周叶片泵完成两次吸油，压油。通常，单作用式叶片泵为变量系，双作用式为定量泵。3.3.1叶片泵的工作原理叶片泵的工作原理l1单作用叶片泵的工作原理 l如图3-9所示，单作用叶片泵由转子1、定子2、叶片3和泵体、端盖及配油盘等组成。定于的内表面是一个圆柱表面(作为工作表面)。转子安装于定子中间，并使转子和定子的圆心存在一个偏心距e，叶片装在转子上的槽内，且能够灵活滑动。当转子转动时，由于离心力作用(也有在叶片槽底部通进压力油或用弹簧推出的)，叶片顶部紧贴在定于内表面滑动，这样在定于、转子、每两个相邻叶片和两
22、侧配油盘之间就形成若干个变化的密封工作容腔。设转子按图示逆时针方向回转时，在图的右半部叶片逐渐伸出，使这半部分叶片间的各密封工作容腔逐渐增大，造成部分真空，油箱中的油液在大气压力作用下由吸油口经配油盘的吸油窗口(图中右部月牙形虚线油口)，进入这些密封工作容腔，这一过程就是吸油。在图的左半部，叶片逐渐被定子内表面压入槽内，这部分叶片间的各密封工作容腔逐渐缩小，腔内的油液则从压油窗口(图中左部配油盘上的月牙形油口)被挤出，这就是压油过程。在配油盘上两窗口之间有一段距离，称为封油区，将泵的吸油区和压油区隔开。这种泵的转子每转周，泵的每个密封工作容腔完成吸油和压油各次，所以叫做单作用式叶片泵。泵的吸油
23、腔和压油腔各占一侧，故转子上必然作用有高压一侧和单方向作用力，使转子轴上承受不平衡力，因此，这种泵又称为非卸荷式叶片泵。图3-9 单作用叶片泵的工作原理1定子 2转子 3叶片2双作用叶片泵的工作原理l双作用叶片泵的工作原理及其结构见图3-10，它也是由转子、定子、叶片和配油盘等组成。但其转子和定子的中心是重合的，不存在偏心。定子内表面不是圆柱面而是一个特殊曲面，它是由两段长径为R、短径为r舶同心圆弧和四段过渡曲线相交替连接而成。当转子按图示方向回转时，叶片在离心力和其底部液压力的作用下向外滑出与定子内表面接触。于是，在叶片、转子、定子和配油盘之间便构成若干个密封工作容腔。当一对相邻的叶片从小半
24、径圆弧曲线经过渡曲线转到大半径圆弧曲线时，它们所构成的密封工作腔则内小变大形成部分真空。这时油液便从配油盘上对应这过程的窗口进入，完成吸油过程。转子继续转动，在从大圆弧曲线转到小圆弧曲线的过程中密封工作容腔逐渐减小，使油液通过对应这一过程的配油盘窗口挤出，完成排油过程。这种叶片泵每转一周，各密封工作容腔完成两次吸油和两次排油，故称之为双作用式叶片泵。由于该泵的两个吸油区和两个压油区为对称布置，作用于转子上的径向液压力互相平衡，因此，这种叶片泵又称为卸荷式叶片泵。图3-10 双作用叶片泵的工作原理1定子 2转子 3叶片3.3.2 叶片泵的排量和流量计算叶片泵的排量和流量计算2.双作用叶片泵的排量
25、和流量计算 双作用叶片泵的排量计算简图如图3-12所示。由于转子在转一周的过程中，每个密封空间完成两次吸油和压油，所以当定子的大圆弧半径为，小圆弧半径为、定子宽度为，两叶片间的夹角为弧度时，每个密封容积排出的油液体积为半径为和、扇形角为、厚度为的两扇形体积之差的两倍，因而在不考虑叶片的厚度和倾角时双作用叶片泵的排量为：3.3.3 定量叶片泵定量叶片泵l1YB型双作用叶片泵l（1）结构l如图3-13所示为YB型双作用叶片泵的结构，它是由转子3、定子4、配油盘2和6及泵体5组成。泵轴8由轴承1和7支承，可带动转子转动。转子上均匀地开有12条与径向成一定角度的叶片槽，叶片9可在其中自由滑动。叶片泵的
26、配油方式不同于齿轮泵，它采用配油盘（见图3-15）配油，在配油盘上开有两个吸油窗口和两个压油窗口。配油盘和定子紧靠在一起固定于泵体上，转子则相对于定子和配油盘转动。叶片槽根部b通过配油盘上的环形槽a与压油区相通。在压油区内，作用在叶片顶部和根部的液压力相互平衡。叶片仅在离心力作用下压向定子表面，保证了密封。在吸油区内，叶片顶部为低压，而叶片根部为高压，加之离心力的作用，叶片以很大的接触力压向定子，所以叶片在紧贴定子内表面的同时造成了一定磨损。图3-13 YB型双作用叶片泵结构1，7-轴承 2、6-配油盘 3-转子 4-定子 5-泵体 8-泵轴 9-叶片（2）定子曲线l如前所述，定量叶片泵的定子
27、曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线组成的。过渡曲线应保证叶片随转子转动时贴紧定子表面，保证叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度变化均匀，保证叶片对定于内表面的冲击尽可能小，所以定量叶片泵的定子过渡曲线一般使用“等加速等减速”曲线如图3-14所示。（3）配油盘l如图3-15所示为（右）配油盘的结构图。为了使叶片顶部与定子内表面紧密接触，消除径向间隙，在左右配油盘对应于叶片根部位置开有环形槽c，配油盘的环形槽c内有两个通压油口的小孔d，压力油经小孔d和槽c进入叶片根部，保证叶片顶部与定子内表面间的可靠密封。左右配油盘上都开有吸、压油窗口各两个，如右配油盘的上、下两缺口b即是吸油窗口，两个腰形孔a即为压
28、油窗口。在腰形孔端部开有三角形小槽e(称为卸荷槽)，此槽的主要作用是避免发生困油现象，减轻密封腔油液从吸油区(或压油区)向压油区(或吸油区)过渡时的压力突变。右配油盘上f为泄漏油孔，它可将泄漏至轴承处的油液引入吸油口，以降低骨架式密封圈的密封要求和保证冷油循环润滑轴承。图3-15 配油盘(4)叶片的倾角图3-16 叶片的倾角 2 双级叶片泵和双联叶片泵l（1）双级叶片泵 l为了要得到较高的工作压力，也可以不用高压叶片泵，而用双级叶片泵。双级叶片泵是由两个普通压力的单级叶片泵装在一个泵体内在油路上串接而成的，如果单级泵的压力可达7.0MPa，双级泵的工作压力就可达14.0MPa。图3-17 双级
29、叶片泵的工作原理1，2管路（2）双联叶片泵 l双联叶片泵是由两个单级叶片泵装在一个泵体内在油路上并联组成。两个叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转，有各自独立的出油口，两个泵可以是相等流量的，也可以是不等流量的。l双联叶片泵常用于有快速进给和工作进给要求的机械加工的专用机床中，这时双联泵由一小流量和一大流量泵组成。当快速进给时，两个泵同时供油(此时压力较低)，当工作进给时，由小流量泵供油(此时压力较高)，同时在油路系统上使大流量泵卸荷。这与采用一个高压大流量的泵相比，可以节省能源，减少油液发热。这种双联叶片泵也常用于机床液压系统中需要两个互不影响的独立油路中。3限压式变量叶片泵图3-18 限压式变
30、量叶片泵的工作原理1转子 2定子 3吸油窗口 4活塞 5螺钉 6活塞腔7通道 8压油窗口 9调压弹簧 10调压螺钉（1）限压式变量叶片泵的工作原理 l限压式变量叶片泵是单作用叶片泵，根据前面介绍的单作用叶片泵的工作原理，改变定子和转子间的偏心距e，就能改变泵的输出流量，限压式变量叶片泵能借助输出压力的大小自动改变偏心距e的大小来改变输出流量。当压力低于某一可调节的限定压力时，泵的输出流量最大；压力高于限定压力时，随着压力增加，泵的输出流量线性减少，其工作原理如图3-18所示。泵的出口经通道7与活塞6相通。在泵未运转时，定子2在弹簧9的作用下，紧靠活塞4，并使活塞4靠在螺钉5上。这时，定子和转子
31、有一偏心量 ，调节螺钉5的位置，便可改变 。当泵的出口压力p较低时，则作用在活塞4上的液压力也较小，若此液压力小于上端的弹簧作用力，当活塞的面积为A、调压弹簧的刚度 、预压缩量为 时，有：l (3-24)l此时，定子相对于转子的偏心量最大，输出流量最大。随着外负载的增大，液压泵的出口压力p也将随之提高，当压力升至与弹簧力相平衡的控制压力pB时，有:(3-25)当压力进一步升高，使pAksx0，这时，若不考虑定子移动时的摩擦力，液压作用力就要克服弹簧力推动定子向上移动，随之泵的偏心量减小，泵的输出流量也减小。pB称为泵的限定压力，即泵处于最大流量时所能达到的最高压力。调节调压螺钉10，可改变弹簧
32、的预压缩量，即可改变pB的大小。设定子的最大偏心量为e0，偏心量减小时，弹簧的附加压缩量为x，则定子移动后的偏心量e为：(3-26)这时，定子上的受力平衡方程式为：(3-27)将式(3-25)、式(3-27)代入式(3-26)可得：(）(3-28)式(3-28)表示了泵的工作压力与偏心量的关系，由式可以看出，泵的工作压力愈高，偏心量就愈小，泵的输出流量也就愈小，且当 时，泵的输出流量为零。控制定子移动的作用力是将液压泵出口的压力油引到柱塞上，然后再加到定子上去，这种控制方式称为外反馈式。（2）限压式变量叶片泵的特性曲线 l限压式变量叶片泵在工作过程中，当工作压力p小于预先调定的限定压力 时，液
33、压作用力不能克服弹簧的预紧力，这时定子的偏心距保持最大偏心量不变，因此泵的输出流量 不变。但由于供油压力增大时，泵的泄漏流量 也增加，所以泵的实际输出流量 也略有减少，如图3-19限压式变量叶片泵的特性曲线中的AB段所示。图3-19 限压式变量叶片泵的特性曲线调节流量调节螺钉5(见图3-18)可调节最大偏心量(初始偏心量)的大小，从而改变泵的最大输出流量 ，特性曲线AB段上下平移，当泵的供油压力p超过预先调整的压力 时，液压作用力大于弹簧的预紧力，此时弹簧受压缩定子向偏心量减小的方向移动，使泵的输出流量减小，压力愈高，弹簧压缩量愈大，偏心量愈小，输出流量愈小，其变化规律如特性曲线BC段所示。调
34、节调压弹簧10可改变限定压力 的大小，这时特性曲线BC段左右平移，而改变调压弹簧的刚度时，可以改变BC段的斜率，弹簧越“软”(值越小)，BC段越陡，值越小；反之，弹簧越“硬”(值越大)，BC段越平坦，值也越大。当定子和转子之间的偏心量为零时，系统压力达到最大值，该压力称为截止压力，实际上由于泵的泄漏存在，当偏心量尚未达到零时，泵向系统的输出流量实际已为零。图3-18 限压式变量叶片泵的工作原理1转子 2定子 3吸油窗口 4活塞 5螺钉 6活塞腔7通道 8压油窗口 9调压弹簧 10调压螺钉3.3.4 叶片泵的常见故障及排除方法叶片泵的常见故障及排除方法l叶片泵在工作时，抗油液污染能力较差，叶片与
35、转子槽配合精度也较高，因此故障较多，常见故障及排除方法见表3-2。故障现象故障原因排除方法噪声大定子内表面拉毛吸油区定子过渡表面轻度磨损叶片顶部与侧边不垂直或顶部倒角太小配油盘压油窗口上的三角槽堵塞或太短、太浅，引起困油现象泵轴与电机轴不同轴超过公称压力下工作吸油口密封不严，有空气进入出现空穴现象抛光定于内表面将定子绕大半径翻面装入修磨叶片顶部，保证其垂直度在0.01mm以内；将叶片顶部倒角成145(或磨成圆弧形)，以减小压应力的突变清洗(或用整形锉修整)三角槽，以消除困油现象调整联轴器，使同轴度小于检查工作压力，调整溢流阀用涂脂法检查，拆卸吸油管接头，清洗，涂密封胶装上拧紧检查吸油管、油箱、
36、过滤器、油位及油液粘度等，排除空穴现象容积效率低、压力提不高个别叶片在转子槽内移动不灵活甚至卡住叶片装反定子内表面与叶片顶部接触不良叶片与转子叶片槽配合间隙过大配油盘端面磨损油液粘度过大或过小电机转速过低吸油口密封不严，有空气进入出现空穴现象检查配合间隙(一般为0.010.02mm)，若配合间隙过小应单槽研配纠正装配方向修磨工作面(或更换叶片)根据转子叶片槽单配叶片，保证配合间隙修磨配油盘端面(或更换配油盘)测定油液粘度，按说明书选用油液检查转速，排除故障根源用涂脂法检查，拆卸吸油管接头，清洗，涂密封胶装上拧紧检查吸油管、油箱、过滤器、油位及油液粘度等，排除空穴现象3.4 柱塞泵柱塞泵l柱塞泵
37、是依靠柱塞在其缸体内往复运动时密封工作腔的容积变化来实现吸油和压油的。由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面，容易得到高精度的配合，所以这类泵的特点是泄漏小，容积效率高，能够在高压下工作。它常用于高压大流量和流量需要调节的液压系统，如工程机械、液压机、龙门刨床、拉床等液压系统。3.4.1 轴向柱塞泵轴向柱塞泵l1轴向柱塞泵的工作原理l轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的圆周上，并使柱塞中心线和缸体中心线平行的一种泵。轴向柱塞泵有直轴式(斜盘式)和斜轴式(摆缸式)两种形式。如图3-20所示为直轴式轴向柱塞泵的工作原理，这种泵主体由缸体1、配油盘2、柱塞3和斜盘4组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜
38、盘轴线与缸体轴线倾斜一角度，柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上(图中为弹簧)，配油盘2和斜盘4固定不转。当原动机通过传动轴使缸体转动时，由于斜盘的作用,迫使柱塞在缸体内作往复运动，通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。如图3-21中所示回转方向，当缸体转角在2范围内，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封工作容积增大，通过配油盘的吸油窗口吸油；在0范围内，柱塞被斜盘推入缸体，使缸孔容积减小，通过配油盘的压油窗口压油。缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，如改变斜盘倾角，就能改变柱塞行程的长度，即改变液压泵的排量。改变斜盘倾角方向，就能改变吸油和压油的方向，即成为双向变量泵。配油盘上吸油窗口
39、和压油窗口之间的密封区宽度l应稍大于柱塞缸体底部通油孔宽度l1。但不能相差太大，否则会发生困油现象。一般在两配油窗口的两端部开有小三角槽，以减小冲击和噪声。斜轴式轴向柱塞泵的缸体轴线相对传动轴轴线成一倾角，传动轴端部用万向铰链、连杆与缸体中的每个柱塞相联结。当传动轴转动时，通过万向铰链、连杆使柱塞和缸体一起转动，并迫使柱塞在缸体中作往复运动，借助配油盘进行吸油和压油。这类泵的优点是变量范围大，泵的强度较高,但和上述直轴式相比，其结构较复杂，外形尺寸和重量均较大。图3-20轴向柱塞泵的工作原理1缸体 2配油盘 3柱塞 4斜盘 5传动轴 6弹簧轴向柱塞泵的优点l结构紧凑、径向尺寸小，惯性小，容积效
40、率高，目前最高压力可达40.0MPa,甚至更高，一般用于工程机械、压力机等高压系统中，但其轴向尺寸较大，轴向作用力也较大，结构比较复杂。2轴向柱塞泵的排量和流量计算l见图3-21,柱塞的直径为d，柱塞分布圆直径为D，斜盘倾角为 时，柱塞的行程为 ，所以当柱塞数为z时，轴向柱塞泵的排量为：l (3-29)l设泵的转数为n,容积效率 为则泵的实际输出流量为：l (3-30)l实际上,由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的，因而输出流量是有脉动的，当柱塞数为奇数时，脉动较小，且柱塞数多脉动也较小，因而一般常用的柱塞泵的柱塞个数为7、9或11。3轴向柱塞泵的结构特点图3-21 SCYl4-lB型轴向柱
41、塞泵1泵体 2内套 3定心弹簧 4钢套 5缸体 6配油盘 7前泵体 8传动轴 9柱塞 10外套筒 11轴承 12滑履 13轴销 14压盘 15倾斜盘 16变量活塞 17丝杠 18手轮 19锁紧 20螺母钢球图3-21为SCYl4-lB型轴向柱塞泵，它由主体和变量机构两部分组成。(1)主体 l缸体5装在中间泵体1和前泵体7内，由传动轴8通过花键带动旋转。在缸体的七个柱塞孔内装有柱塞9，柱塞的球形头部装在滑履12的孔内并可作相对转动。定心弹簧3通过内套2、钢球20和压盘14将滑履压在倾斜盘15上，使泵具有一定自吸能力，同时定心弹簧又通过外套筒10将缸体压在配油盘6上。缸体外镶有钢套4，支承在圆柱滚
42、子轴承11上，使压盘对缸体的径向分力由圆柱滚子轴承来承受，而避免传动轴和缸体受弯矩。缸体柱塞孔中的压力油经柱塞和滑履的中心小孔，送至滑履与倾斜盘的接触平面间，形成静压润滑膜，以减小摩擦磨损。缸体对配油盘的压力，除定心弹簧力外，还有缸体柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力升高而增大，使缸体和配油盘保持良好贴合，使磨损间隙能得到自动补偿，因此泵具有较高的容积效率。(2)变量机构 l轴向柱塞泵的最大优点是只要改变倾斜盘的倾角就能改变排量。若转动手轮18，使丝杠17转动，因导向键的作用，变量活塞16便上下移动，轴销13则使支承在变量壳体上的倾斜盘绕钢球的中心转动，而改
43、变倾斜盘的倾角，相应也就改变了泵的排量。当流量调好后，可用锁紧螺母19锁紧。这种变量机构结构简单，但操纵力较大，通常只能在停机或工作压力较低的情况下操纵。l轴向柱塞泵除了有手动变量外，还有手动伺服变量、压力补偿变量、电动变量、恒压变量、零位对中式变量等。SCYI4-1B型轴向柱塞泵主体部分是通用部件，只要换上不同变量机构，就可组成不同的变量泵。3.4.2 径向柱塞泵径向柱塞泵l1径向柱塞泵的工作原理 l径向柱塞泵的工作原理如图3-22所示，柱塞1径向排列装在缸体2中，缸体由原动机带动连同柱塞1一起旋转，所以缸体2一般称为转子，柱塞1在离心力（或在低压油）的作用下抵紧定子4的内壁，当转子按图示方
44、向回转时，由于定子和转子之间有偏心距e，柱塞绕经上半周时向外伸出，柱塞底部的容积逐渐增大，形成部分真空，因此便经过衬套3（衬套3是压紧在转子内，并和转子一起回转）上的油孔从配油孔5和吸油口b吸油；当柱塞转到下半周时，定子内壁将柱塞向里推，柱塞底部的容积逐渐减小，向配油轴的压油口c压油，当转子回转一周时，每个柱塞底部的密封容积完成一次吸、压油，转子连续运转，即完成吸、压油工作。配油轴固定不动，油液从配油轴上半部的两个孔a流入，从下半部两个油孔d压出，为了进行配油，配油轴在和衬套3接触的一段加工出上下两个缺口，形成吸油口b和压油口c，留下的部分形成封油区。封油区的宽度应能封住衬套上的吸压油孔，以防
45、吸油口和压油口相连通，但尺寸也不能大得太多，以免产生困油现象。图3-22 径向柱塞泵的工作原理1柱塞 2缸体 3衬套 4定子 5配油轴2.径向柱塞泵的排量和流量计算l当转子和定子之间的偏心距为e时，柱塞在缸体孔中的行程为2e，设柱塞个数为z，直径为时d，泵的排量为：l （3-31）l设泵的转数为n，容积效率为V，则泵的实际输出流量为：l （3-32）3.4 3 柱塞泵的常见故障及排除方法柱塞泵的常见故障及排除方法l柱塞泵在使用中，产生的故障较多，原因也很复杂，有时是几种因素联系在一起而产生故障，要逐个分析才能解决。现仅就轴向柱塞泵的常见故障及排除方法列于表3-3。故障现 象故 障 原 因排 除
46、 方 法流量不足吸油管及植油器堵塞或阻力过大油箱油面过低柱塞与缸孔或配油盘与缸体间磨损校塞回程不够或不能回程变量机构不灵，达不到工作要求泵体内未充满油，留有空气油温过低或过高或吸人空气清除污物，排除堵塞加油至规定高度更换柱塞，修磨配油盘与缸体的接触面检查中心弹簧加以更换检查变量机构，看变量活塞及斜盘是否灵活，并纠正其泵内空气排出泵内气体根据温升实际情况选用适合粘度的油液，检查密封，紧固连接处压力不足或压力脉动较大吸油管堵塞、阻力大或漏气缸体与配油盘之间磨损失去密封泄漏增加油温较高、油液粘度下降泄漏增加 变量机构倾斜太小，流量过小内泄相对增加变量机构不协调(如伺服活塞与变量活塞失调使脉动增大)清
47、除污油、紧固进油管段的连接螺钉修磨缸体与配油盘接触面控制油温，选用适合粘度的油液加大变量机构的倾角若偶而脉动，可更换新油；经常脉动，可能是配合件研伤或别劲，应拆下研修漏油严重泵上的回油管路漏损严重结合面漏油和轴端漏油度量活塞或伺跟活塞磨损检查泵的主要零件是否损坏或严重磨损检查结合面密封和轴端密封，修复更换严重时更换噪声较大泵内有空气吸油管或滤油堵塞油液不干净或粘度大泵与原动机安装不同心，使泵增加了径向载荷油箱油面过低、吸人泡沫或吸油阻力过大，吸力不足管路振动排除空气捡查可能进入空气的部位清洗除掉污物油样检查，更换新油，或选用适合粘度的油液重新调整，同轴度应在允许范围内加油至规定高度，或增加管径
48、、减少弯头减少吸油阻力采取隔离或减振措施泵发热内部漏损较高有关相对运动的配合接触面有磨损。例如缸体与配油盘，滑靴与斜盘检查和研修有关密封配合面修整或更换磨损件，如配油盘、滑靴等变量机构失灵在控制油道上，可能出现堵塞斜盘(变量头)与变量活塞磨损伺服活塞、变量活塞、拉杆(导扦)卡死个别油道(孔)堵塞净化油，必要时冲洗控制油道刮修配研两者的圆弧配合面机械卡死时用研磨方法使各运动件灵活；油脏时更换纯净油液疏通油道泵不转动柱塞与缸体卡死(油脏或油温变化大)柱塞球头折断（因柱塞卡死或有负载起动）滑靴脱落(柱塞卡死或有负载起动引起)更换新油，控制油温更换柱塞更换侈复3.5 液压泵的选用液压泵的选用l液压泵是
49、液压系统提供一定流量和压力的油液动力元件，它是每个液压系统不可缺少的核心元件，合理的选择液压泵对于降低液压系统的能耗、提高系统的效率、降低噪声、改善工作性能和保证系统的可靠工作都十分重要。l选择液压泵的原则是：根据主机工况、功率大小和系统对工作性能的要求，首先确定液压泵的类型，然后按系统所要求的压力、流量大小确定其规格型号。l一般而言，由于各类液压泵各自突出的特点，其结构、功用和动转方式各不相同，因此应根据不同的使用场合选择合适的液压泵。一般在机床液压系统中，往往选用双作用叶片泵和限压式变量叶片泵；而在筑路机械、港口机械以及小型工程机械中往往选择抗污染能力较强的齿轮泵；在负载大、功率大的场合往
50、往选择柱塞泵。类型 性能齿轮泵双作用叶片泵限压式变量叶片泵径向柱塞泵轴向柱塞泵工作压力MPa206.3-21720-3510-20转速r/min300-7000500-4000500-2000700-1800600-6000容积效率0.7-0.950.8-0.950.8-0.90.85-0.950.9-0.98总效率0.6-0.850.75-0.850.7-0.850.55-0.920.85-0.95流量泳动性大小中中中自吸特性好较差较差差较差对油的污染敏感性不敏感较敏感较敏感很敏感很敏感噪声大小较大大大寿命较短较长较短长长单位功率价格低中较高高高 液压系统中常用液压泵的性能比较液压系统中常用