液壓與氣壓傳動 第2章液壓泵

1、 第二章第二章 液壓泵液壓泵 ( () ) 本章主要內(nèi)容為 ：一、液壓泵的工作原理與性能參數(shù)。二、齒輪式(Gear Pumps) 、葉片式(Vane Pumps) 、 柱塞泵(Piston Pumps) 。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)性能性能原理原理應(yīng)用應(yīng)用學(xué)習(xí)注意四個要點學(xué)習(xí)注意四個要點2.1 2.1 概述概述 液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它將機械能轉(zhuǎn)換為液壓能，是液壓傳動系統(tǒng)中的動力元件，由原動機（電動機或柴油機）驅(qū)動，為系統(tǒng)提供壓力油液。 它們是液壓系統(tǒng)的核心元件，其性能好壞將直接它們是液壓系統(tǒng)的核心元件，其性能好壞將直接影響到系統(tǒng)是否正常工作。影響到系統(tǒng)是否正常工作。2.1.1 2.1.1 液壓泵的工作原理

2、液壓泵的工作原理BACO泵吸入泵排出Q 凸輪1旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)柱塞向右移動，工作腔容積變大，產(chǎn)生真空，油液便通過吸油閥5吸入； 柱塞向左移動時，工作腔容積變小，已吸入的油液便通過壓油閥6排到系統(tǒng)中去。561234圖 2.1 液壓泵的工作 原理液壓泵是靠密封容腔容積的變化來工作的。液壓泵是靠密封容腔容積的變化來工作的。圖圖2.1 2.1 容積式液壓泵工作原理圖容積式液壓泵工作原理圖l l一凸輪；一凸輪；2 2一柱塞；一柱塞；3 3泵體；泵體；4 4彈簧；彈簧；5-5-吸油（單向）閥；吸油（單向）閥；6-6-壓油（單向）閥壓油（單向）閥（1 1） 在結(jié)構(gòu)上具有一個或多個密封且可以周期性在結(jié)構(gòu)上具有一個或

3、多個密封且可以周期性變化的工作容積；當(dāng)工作容積增大時，完成吸油過變化的工作容積；當(dāng)工作容積增大時，完成吸油過程；當(dāng)工作容積減小時，完成壓油過程。液壓泵的程；當(dāng)工作容積減小時，完成壓油過程。液壓泵的輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其它因素?zé)o關(guān)?；螖?shù)成正比，與其它因素?zé)o關(guān)。2.1.2 2.1.2 液壓泵正常工作的基本條件液壓泵正常工作的基本條件 （2 2） 具有相應(yīng)的配油機構(gòu)，將吸油過程與排油過具有相應(yīng)的配油機構(gòu)，將吸油過程與排油過程分開；并具有良好密封性。程分開；并具有良好密封性。 （3 3） 油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等

4、于或大于大油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。氣壓力。2.1.3 2.1.3 液壓泵和液壓馬達的圖形符號液壓泵和液壓馬達的圖形符號單向定量雙向定量單向變量雙向變量泵泵馬達馬達2.1.4 2.1.4 液壓泵的主要參數(shù)液壓泵的主要參數(shù)液壓泵的性能參數(shù)主要液壓泵的性能參數(shù)主要有壓力、轉(zhuǎn)速、排量、有壓力、轉(zhuǎn)速、排量、流量、功率和效率流量、功率和效率 額定壓力額定壓力p ps s 在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)所在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)所允許的最高壓力。允許的最高壓力。（公稱壓力、銘牌壓力）（公稱壓力、銘牌壓力） 最高允許最高允許壓力壓力p pmaxmax 指泵短時間

5、內(nèi)所允許超載使用的極限壓力，指泵短時間內(nèi)所允許超載使用的極限壓力，它受泵本身密封性能和零件強度等因素的限制。它受泵本身密封性能和零件強度等因素的限制。 工作壓力工作壓力p p 液壓泵在實際工作時的輸出壓力，亦即液壓泵出口的液壓泵在實際工作時的輸出壓力，亦即液壓泵出口的壓力，泵的輸出壓力由負載決定。壓力，泵的輸出壓力由負載決定。 吸入壓力吸入壓力 是指液壓泵進口處的壓力，當(dāng)液壓泵的安裝高度太高是指液壓泵進口處的壓力，當(dāng)液壓泵的安裝高度太高或吸油阻力過大時，液壓泵的進口壓力將因低于極限或吸油阻力過大時，液壓泵的進口壓力將因低于極限吸入壓力而導(dǎo)致吸油不充分，而在吸油腔產(chǎn)生氣穴或吸入壓力而導(dǎo)致吸油不充

6、分，而在吸油腔產(chǎn)生氣穴或氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。氣蝕。吸入壓力的大小與泵的結(jié)構(gòu)型式有關(guān)。2.1.4.1 液壓泵壓力液壓泵壓力（常用單位為（常用單位為MPa） 2.1.4.2 排量和流量 即:指在無泄漏情況下，液壓泵單位時間內(nèi)輸出的油液體積。其值等于泵的排量V和泵軸轉(zhuǎn)數(shù)n的乘積。 指在無泄漏情況下，液壓泵每轉(zhuǎn)所能排出的油液體積。排量的常用單位是（ml/r）。 qt=Vn (2.1)(2.1)指單位時間內(nèi)液壓泵實際輸出油液體積.由于工作過程中泵的出口壓力不等于零 ，因而存在內(nèi)部泄漏量 q，（泵的工作壓力越高，泄漏量越大）使得泵的實際流量小于泵的理論流量。q=qt-q （2.2）即

7、泵在額定轉(zhuǎn)數(shù)和額定壓力下輸出的實際流量。由于泵存在泄漏，所以泵實際流量和額定流量都小于理論流量。排量排量V V理論流量理論流量q qt t 實際流量實際流量q q 額定流量額定流量q qs s 2.1.4.3 功率實際驅(qū)動液壓泵所需要的機械功率，由電動機或內(nèi)燃機給出。 液壓泵的輸入能量為機械能，其表現(xiàn)為轉(zhuǎn)矩T和轉(zhuǎn)速 ；液壓泵的輸出能量為液壓能，表現(xiàn)為壓力p和流量q。液壓泵輸出的液壓功率，即泵的實際流量q與泵的進、出口壓差p的乘積。當(dāng)忽略能量轉(zhuǎn)換及輸送過程中的損失時，液壓泵的輸出功率應(yīng)該等于輸入功率，即泵的理論功率為：式中, 液壓泵轉(zhuǎn)動的角速度；Tt液壓泵的理論轉(zhuǎn)矩。(2.3)(2.3)(2.4

8、)(2.4)輸入功率輸入功率 輸出功率輸出功率理論功率理論功率2.1.4.4 效 率 實際上，液壓泵在工作中是有能量損失的，這種損失分為容積損失和機械損失。（1 1）容積效率）容積效率 是液壓泵實際流量與理論流量之比，即：（2 2）機械效率）機械效率 指液壓泵內(nèi)流體粘性和機械摩擦造成的轉(zhuǎn)矩損失。機械損失的大小用機械效率表征。 （3 3）總效率）總效率 : : 泵的輸出功率與輸入功率之比 對液壓泵來說，輸出壓力增大時,泵實際輸出的流量減小。vtqqtltlttvqqqqqqq1液壓泵的總效率、容積效率和機械效率可以通過實驗測得。由圖示性能曲線可以看出：容積效率由圖示性能曲線可以看出：容積效率 v

9、 v（或?qū)嶋H流量（或?qū)嶋H流量q q）隨壓力增高而減）隨壓力增高而減小，壓力小，壓力p p為零時，泄漏流量為零時，泄漏流量 q q為零，容積效率為零，容積效率 v v=100%=100%，實際流量，實際流量q q等等于理論流量于理論流量q qt t?？傂省？傂?隨工作壓力增高而增大，且有一個最高值。隨工作壓力增高而增大，且有一個最高值。 例例 題題 講講 解解 例例1 1、某液壓泵的工作壓力為某液壓泵的工作壓力為6.3MPa，理論流量為理論流量為 63 Lmin，容積效率容積效率為為0.9，機械效率為機械效率為0.85， 試求試求 （1）液壓液壓泵輸出流量泵輸出流量； （2）液壓液壓泵輸出功

10、率泵輸出功率； （3）液壓液壓泵需輸入功率泵需輸入功率。（1）液壓泵輸出液壓泵輸出流量流量 解：解：tvqq根據(jù)公式根據(jù)公式63 0.956.7 /mintvqql第二章第二章（2 ）液壓液壓泵輸出功率泵輸出功率pqP 根據(jù)公式根據(jù)公式636.3 1056.7 10/605.95PpqKW（3 ）液壓泵液壓泵需需輸入功率輸入功率mvrPP根據(jù)公式根據(jù)公式5.597.780.9 0.85rvmPPKW 第二章第二章2.1.5 液壓泵的分類液壓泵的分類液壓泵液壓泵按其在單位時間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為按其在單位時間內(nèi)所能輸出油液體積能否調(diào)節(jié)而分為定定量泵量泵(Fixed displacem

11、ent pumps(Fixed displacement pumps) )和和變量泵變量泵( (Variable Variable displacement pumpsdisplacement pumps) )兩類；兩類； 按結(jié)構(gòu)形式可以分為按結(jié)構(gòu)形式可以分為齒輪式齒輪式、葉片式葉片式和和柱塞式柱塞式三大類。三大類。液壓馬液壓馬達達也具有相同的形式。也具有相同的形式。按進、出口方向是否可變分為單向泵和雙向泵。單向泵只能按進、出口方向是否可變分為單向泵和雙向泵。單向泵只能一個方向旋轉(zhuǎn)；雙向泵可以變換進、出油口。如雙向變量泵一個方向旋轉(zhuǎn)；雙向泵可以變換進、出油口。如雙向變量泵不僅可以改變泵的轉(zhuǎn)向，

12、而且還可以操縱變量機構(gòu)來變換進、不僅可以改變泵的轉(zhuǎn)向，而且還可以操縱變量機構(gòu)來變換進、出油口。出油口。 柱塞液壓泵是柱塞液壓泵是。由于柱塞和缸體內(nèi)孔都是圓柱表面，容易得到高由于柱塞和缸體內(nèi)孔都是圓柱表面，容易得到高精度的配合，密封性能好，在高壓下工作仍能保持較高精度的配合，密封性能好，在高壓下工作仍能保持較高的容積效率和總效率。的容積效率和總效率。根據(jù)柱塞的布置和運動方向與傳動主軸相對位置根據(jù)柱塞的布置和運動方向與傳動主軸相對位置的不同，柱塞液壓泵可分為的不同，柱塞液壓泵可分為和和兩兩類。類。 軸向柱塞泵軸向柱塞泵柱塞的軸線和傳動軸的軸線平行柱塞的軸線和傳動軸的軸線平行徑向柱塞泵徑向柱塞泵柱塞

13、的軸線和傳動軸的軸線垂直柱塞的軸線和傳動軸的軸線垂直軸向柱塞泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為斜盤式和斜軸式兩大類，軸向柱塞泵按其結(jié)構(gòu)不同可分為斜盤式和斜軸式兩大類，目前我國生產(chǎn)的三個基本系列為目前我國生產(chǎn)的三個基本系列為CY14-1CY14-1型、型、ZBZB型、型、Z Z* *B B型型, ,并且結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)無級變量等優(yōu)點。并且結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)無級變量等優(yōu)點。不論在國防工業(yè)，民用工業(yè)都廣泛得到應(yīng)用，一般在液壓不論在國防工業(yè)，民用工業(yè)都廣泛得到應(yīng)用，一般在液壓系統(tǒng)若需高壓時，均用它來發(fā)揮作用，如龍門刨床、拉床、系統(tǒng)若需高壓時，均用它來發(fā)揮作用，如龍門刨床、拉床、液壓機、起重機械等設(shè)備的液壓系統(tǒng)。液壓機、起

14、重機械等設(shè)備的液壓系統(tǒng)。斜盤式斜盤式斜軸式斜軸式o軸向式n徑向式n 缸體缸體 均布有五均布有五 七個柱塞孔，柱塞七個柱塞孔，柱塞底部空間為密閉工作腔。底部空間為密閉工作腔。n 柱塞柱塞 其頭部滑履與定子內(nèi)圓接觸。其頭部滑履與定子內(nèi)圓接觸。n 定子定子 與缸體存在偏心。與缸體存在偏心。n 配流軸配流軸n 傳動軸傳動軸轉(zhuǎn)子2的中心與定子1的中心之間有一個偏心量e。在固定不動的配流軸3上，相對于柱塞孔的部位有相互隔開的上下兩個配流窗口，該配流窗口又分別通過所在部位的二個軸向孔與泵的吸、排油口連通。當(dāng)轉(zhuǎn)子2按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，上半周的柱塞皆往外滑動，通過軸向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑動，通過配流盤

15、向外排油。 徑向柱塞泵的工作原理圖1-定子；2缸體；3柱塞；4一襯套；5-配油軸 轉(zhuǎn)子的中心與定子的中心之間有一個偏心量e。在固定不動的配流軸上，相對于柱塞孔的部位有相互隔開的上下兩個配流窗口，該配流窗口又分別通過所在部位的二個軸向孔與泵的吸、排油口連通。 當(dāng)移動定子，改變偏心量e的大小時，泵的排量就發(fā)生改變；因此，徑向柱塞泵可以是單向或雙向變量泵。 為了流量脈動率盡可能小，通常采用奇數(shù)柱塞數(shù)。 徑向柱塞泵結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力差，并且配流軸受到徑向。不平衡液壓力的作用，易于磨損2.2.1.2 徑向柱塞泵的排量和流量徑向柱塞泵的排量和流量泵的平均排量為：泵的輸出流量：vezndq22ezdezd

16、V22224 當(dāng)徑向柱塞泵的轉(zhuǎn)子和定子間的偏心距為e時，柱塞在缸體內(nèi)孔的行程則為2e。 若柱塞數(shù)為Z，則泵的排量:若泵的轉(zhuǎn)速為n，容積效率為pv，則泵的流量為 : 閥配油徑向柱塞泵閥配油徑向柱塞泵1 1一偏心輪；一偏心輪；2 -2 -柱塞；柱塞；3 -3 -彈簧；彈簧；4 -4 -壓油壓油閥閥; ; 5 5 吸油閥；吸油閥；6 -6 -滾動軸承滾動軸承2.2.1.3 閥配流徑向柱塞泵的工作原理閥配流徑向柱塞泵的工作原理 負載敏感變量徑向柱塞泵原理圖負載敏感變量徑向柱塞泵原理圖1 1一左變量活塞；一左變量活塞；2 2 定子；定子；3 3 轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子；4 4 右變量活塞右變量活塞2.2.1.4 負

17、載敏感變量徑向柱塞泵負載敏感變量徑向柱塞泵 26 272.2.2 2.2.2 軸向柱塞泵軸向柱塞泵 軸向柱塞泵中的柱塞是軸向排列的。當(dāng)缸體軸線和傳動軸軸線重合時，稱為斜盤式軸向柱塞泵；當(dāng)缸體軸線和傳動軸軸線不在一條直線上，而成一個夾角時，稱為斜軸式軸向柱塞泵。軸向柱塞泵具有結(jié)構(gòu)緊湊，工作壓力高，容易實現(xiàn)變量等優(yōu)點。2.2.2.1 軸向柱塞泵工作原理軸向柱塞泵工作原理 斜盤式 1傳動軸；2一斜盤；3一柱塞；4缸體；5一配油盤 斜盤斜盤(Swash Plate)1(Swash Plate)1和配油盤和配油盤(Valve Plate)4(Valve Plate)4不動，傳動軸不動，傳動軸(Drive

18、 (Drive Shaft)5Shaft)5帶動缸體帶動缸體(Cylinder Block)3(Cylinder Block)3、柱塞、柱塞(Piston)2(Piston)2一起轉(zhuǎn)動。一起轉(zhuǎn)動。柱塞2吸油口6缸體3壓油口7斜盤1配油盤41.工作原理：工作原理：密密封封容容積積變變化化柱塞和缸體配合而成柱塞和缸體配合而成 在其自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)的柱塞，在機械裝在其自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)的柱塞，在機械裝置的作用下逐漸向外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工置的作用下逐漸向外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增大，產(chǎn)生真空，將油液從配油作腔容積不斷增大，產(chǎn)生真空，將油液從配油盤配油窗口盤配油窗口a吸入吸入; 在

19、自上而下的半周內(nèi)的柱塞被斜盤推著逐漸向在自上而下的半周內(nèi)的柱塞被斜盤推著逐漸向里縮入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液里縮入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液經(jīng)配油盤配油窗口經(jīng)配油盤配油窗口b壓出。壓出。 吸壓油口隔開吸壓油口隔開配油盤上的封油區(qū)及缸體底部的通油孔配油盤上的封油區(qū)及缸體底部的通油孔 缸缸體體逆逆轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)若柱塞數(shù)目為若柱塞數(shù)目為Z Z，柱塞直徑，柱塞直徑d d，柱塞孔分布圓直徑，柱塞孔分布圓直徑DD，斜盤傾角，斜盤傾角 ，則泵的排量為，則泵的排量為 ：tan42zDdV 泵的輸出流量為泵的輸出流量為 ：tan42vzDndq 排量和流量排量和流量 實際上，柱塞軸向移動速度是隨缸體轉(zhuǎn)動

20、角度實際上，柱塞軸向移動速度是隨缸體轉(zhuǎn)動角度而變化。泵某一而變化。泵某一瞬時輸出流量也隨瞬時輸出流量也隨而變化，所以而變化，所以，當(dāng)柱，當(dāng)柱塞數(shù)塞數(shù)z為單數(shù)時，脈動較小，為單數(shù)時，脈動較小，因此，一般常用的柱塞數(shù)視流量大小，取因此，一般常用的柱塞數(shù)視流量大小，取7、9或或11個個。大小變化，流量大小變化大小變化，流量大小變化方向變化，輸油方向變化方向變化，輸油方向變化斜盤式軸向柱塞泵變量原理斜盤式軸向柱塞泵變量原理 斜盤式軸向柱塞泵可作斜盤式軸向柱塞泵可作斜盤與缸體中心線的夾角斜盤與缸體中心線的夾角 = 0 ， q = 0tan42vzDndq 斜盤式軸向柱塞的結(jié)構(gòu)特點斜盤式軸向柱塞的結(jié)構(gòu)特點

21、 Construction Characteristics of Swash Plate Axial Piston Pumps（2）端面間隙的自動補償）端面間隙的自動補償 Automatic Compensating of End Face Clearance 使缸體緊壓配流盤端面的作用力，除機械裝置或彈簧作為預(yù)密封的推力外，使缸體緊壓配流盤端面的作用力，除機械裝置或彈簧作為預(yù)密封的推力外，還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得多，而且還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得多，而且隨泵的工作壓力增大而增大。由于缸體始終受液壓力緊貼著配流盤，就使隨泵的工作壓力

22、增大而增大。由于缸體始終受液壓力緊貼著配流盤，就使端面間隙得到了自動補償。端面間隙得到了自動補償。 斜盤1柱塞2缸體3配油盤4(1) (1) 柱塞和柱塞孔的加工、裝配精度高。柱塞上開設(shè)均壓槽，以保證軸柱塞和柱塞孔的加工、裝配精度高。柱塞上開設(shè)均壓槽，以保證軸孔的最小間隙和良好的同心度，使泄漏流量減小。孔的最小間隙和良好的同心度，使泄漏流量減小。（3） 滑滑履履的靜壓支撐結(jié)構(gòu)的靜壓支撐結(jié)構(gòu) Piston Shoe and Hydrostatic Backup Construction 12345P滑靴的靜壓支承原理 為防止磨損，一般軸向柱塞泵都在柱塞頭為防止磨損，一般軸向柱塞泵都在柱塞頭部裝一部

23、裝一滑履滑履。 滑履是按靜壓軸承原理設(shè)計的，缸體中的滑履是按靜壓軸承原理設(shè)計的，缸體中的壓力油經(jīng)過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油壓力油經(jīng)過柱塞球頭中間小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盤間形成液體潤滑，改善室，使滑靴和斜盤間形成液體潤滑，改善了柱塞頭部和斜盤的接觸情況。了柱塞頭部和斜盤的接觸情況。 使用這種結(jié)構(gòu)的軸向柱塞泵壓力可達使用這種結(jié)構(gòu)的軸向柱塞泵壓力可達32MPa32MPa以上，流量也可以很大以上，流量也可以很大。(4) (4) 軸向柱塞泵沒有自吸能力。靠加設(shè)輔助設(shè)備，采用回程盤或在每個柱軸向柱塞泵沒有自吸能力?？考釉O(shè)輔助設(shè)備，采用回程盤或在每個柱塞后加返回彈簧，也可在柱塞泵前安裝一個輔助泵提供低壓油液強行將柱塞后加返回彈簧，也可在柱塞泵前安裝一個輔助泵提供低壓油液強行將柱塞推出，以便吸油充分。塞推出，以便吸油充分。（5）變量機構(gòu)）變量機構(gòu) Variable Displacement Mechanism 43b2aedp1c5手動伺服變量機構(gòu)圖 變量機構(gòu)由缸筒1，活塞2和伺服閥3組成。 斜盤4通過撥叉機構(gòu)5與活塞2下端鉸接，利用活塞2的上下移動來改變斜盤傾角 。 當(dāng)用手柄使伺服閥芯(Servo Spool)3向下移動時，上面的進油閥口打開，活塞也向下移動，活塞2移動時又使伺服閥上的閥口關(guān)閉，最終使活塞2自身停止運動。 同理，當(dāng)手柄