第二章 能源裝置及輔件

1、第二章 能源裝置及輔件第一節(jié) 概述一、能源裝置的組成液壓能源裝置：向液壓系統(tǒng)輸送有一定壓力和流量的清潔的工作介質(zhì)。氣源裝置：向氣動系統(tǒng)輸送有一定壓力和流量的清潔的壓縮空氣。液壓泵站組成：泵、油箱、和液壓輔件（過濾器、溫控元件、熱交換器、蓄能器、壓力表及管件）組成。氣源裝置組成：空壓機、凈化存儲設(shè)備（后冷卻器、油水分離器、儲氣罐、干燥器及輸送管道）、氣動三聯(lián)件（分水過濾器、油霧器及減壓閥）、必要的輔件。二、對能源裝置的基本要求 外觀美觀，色澤與主機協(xié)調(diào) 元件排列勻稱，調(diào)節(jié)方便，便于更換元件 節(jié)能 工作平穩(wěn)，振動小，噪聲小。 能遠(yuǎn)程控制 確保工作高度可靠 盡量采用標(biāo)準(zhǔn)元件 減少泄漏 嚴(yán)格監(jiān)控溫度第

2、二節(jié) 液壓泵 一、液壓泵概述液壓泵是一種能量轉(zhuǎn)換裝置，它把驅(qū)動電機的機械能轉(zhuǎn)換成油液的壓力能，供液壓系統(tǒng)使用。（一）液壓泵的工作原理 泵是靠密封工作腔的容積變化進(jìn)行工作的，而它的輸出流量的大小是由密封工作腔的容積變化大小來決定的。 構(gòu)成液壓泵的基本條件: 1)密封的工作腔 2）密封工作腔的容積大小交替變化，增大時與吸油口通，減小時與壓油口通。 3）吸油口與壓油口不能連通。（二）液壓泵的主要性能參數(shù)1。液壓泵的壓力工作壓力：指泵出口處實際工作時的壓力，大小取決于負(fù)載。額定壓力：是指泵在正常工作條件下按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力，超過此值就是過載。2。液壓泵的排量、流量在無泄漏的情況下，泵軸

3、轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)所能排出的液體體積。理論流量：在無泄漏的情況下，單位時間內(nèi)所能輸出的液體體積。3。功率和效率如果不考慮液壓泵（液壓馬達(dá)）在能量轉(zhuǎn)換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率。式中 為液壓泵（液壓馬達(dá)）的理論轉(zhuǎn)矩； 為液壓泵（液壓馬達(dá)）的角速度。液壓泵（液壓馬達(dá)）在能量轉(zhuǎn)換過程中有損失，因此輸出功率小于輸入功率。兩者間的差值為功率損失，功率損失分為容積損失和機械損失。（1）容積損失是因內(nèi)泄漏、氣穴和油液在高壓下的壓縮（主要是內(nèi)泄漏）而造成的流量上的損失。容積效率為泄漏系數(shù)。（2）機械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩上的損失。對于液壓泵，泵實際輸入轉(zhuǎn)矩為，用機械效率表示泵的機械損失，有（4-6）液壓泵（

4、液壓馬達(dá)）的總效率為輸出功率和輸入功率之比，（4-8）) 12(2nTTpVnPttttT)22(1ttttVqqqqqqqpkq11k)32(1111VnpkqpktV)42( TTTTTtttm液壓泵（液壓馬達(dá)）的總效率為輸出功率和輸入功率之比 （三）液壓泵的特性曲線液壓泵的特性曲線是在一定的介質(zhì)、轉(zhuǎn)速和溫度下,通過試驗得出的。對于某些工作轉(zhuǎn)速可在一定范圍內(nèi)變化的液壓泵或排量可變的液壓泵，為了顯示整個允許工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的全性能特性，常用泵的通用特性曲線表示。（四）液壓泵的分類)52(0mViTpqPP二、齒輪泵（一）外嚙合齒輪泵（一）外嚙合齒輪泵1 1。工作原理。工作原理殼體、端蓋和齒輪的

5、各個齒間槽組殼體、端蓋和齒輪的各個齒間槽組成了許多密封的工作腔。吸油區(qū)成了許多密封的工作腔。吸油區(qū)和壓油區(qū)由相互嚙合的輪齒及泵和壓油區(qū)由相互嚙合的輪齒及泵體分隔開。體分隔開。 如圖所示，右側(cè)如圖所示，右側(cè) 輪齒逐漸脫開，輪齒逐漸脫開， 工作腔容積逐漸工作腔容積逐漸 增大，形成真空。增大，形成真空。 油液進(jìn)入吸油腔，油液進(jìn)入吸油腔， 充滿齒間槽，帶到充滿齒間槽，帶到 壓油腔。壓油腔輪壓油腔。壓油腔輪 齒進(jìn)入嚙合，工作齒進(jìn)入嚙合，工作腔容積逐漸減小，油液被擠出，腔容積逐漸減小，油液被擠出，通過泵出口輸出。通過泵出口輸出。2 2。排量。排量嚴(yán)格計算：嚙合原理；近似計算：嚴(yán)格計算：嚙合原理；近似計算：

6、不包括徑向間隙容積的不包括徑向間隙容積的齒間槽齒間槽容積容積之和；之和；設(shè)齒間槽容積等于設(shè)齒間槽容積等于輪齒的體積輪齒的體積，齒高為齒高為hw，齒寬為，齒寬為b,考慮到齒間槽容積比輪齒體積稍考慮到齒間槽容積比輪齒體積稍大，取大，取 3.流量脈動流量脈動由于壓油腔的由于壓油腔的容積變化率不均容積變化率不均勻勻，齒輪泵的，齒輪泵的瞬時流量脈動瞬時流量脈動。流量脈動率流量脈動率：齒數(shù)越少，脈動率越大齒數(shù)越少，脈動率越大 )62(22bzmbDhVw)72(66. 62bzmV)82(minmaxqqq4.幾個突出問題（1）泄漏途徑：1.齒輪嚙合處間隙； 2. 泵體內(nèi)孔和齒頂圓間的徑向間隙； 3.齒輪

7、側(cè)面和側(cè)蓋板間的端面間隙。（2）徑向不平衡力 徑向不平衡力的產(chǎn)生； 工作壓力越大，徑向不平衡力越大； 危害：軸彎曲，齒頂與殼體內(nèi)表面接觸； 加速軸承磨損，降低軸承壽命。 減小徑向不平衡力的方法：縮小壓油口； 適當(dāng)增大徑向間隙。 （3）困油 平穩(wěn)工作條件：重疊系數(shù)大于1， 兩對輪齒同時嚙合，一部分油液 被困在兩對輪齒所形成的封閉空腔 之間。由圖a到b，容積減小，由圖b到c，容積增大。減小時，被困油受擠壓，產(chǎn)生高壓，油液發(fā)熱，軸承受到額外負(fù)載；增大時，局部真空，產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。使泵產(chǎn)生震動和噪音，這就是齒輪泵的困油現(xiàn)象。消除困油的方法，在兩側(cè)蓋板開卸荷槽。提高外嚙合齒輪泵的壓力措施途徑：減少端面間隙

8、。方法：齒輪端面間隙自動補償。（二）內(nèi)嚙合齒輪泵1.分類：漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵。2.工作原理及主要特點：與外嚙合齒輪泵相同3.主動輪為小齒輪。4排量計算：齒頂高系數(shù)f=1、嚙合角的標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒輪副的內(nèi)齒輪泵B:齒寬，mm; m:齒輪模數(shù)，擺線齒輪泵e:嚙合副的偏心距，mm;z2:內(nèi)齒輪齒數(shù)；D2：內(nèi)齒輪齒頂圓直徑，mm;)92(1075. 0432112zzzmVB)125. 0(222zeBDV32210)125. 0(2zeBDV優(yōu)點： 結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，重量輕。磨損小，使用壽命長。流量脈動遠(yuǎn)比外嚙合齒輪泵小，壓力脈動和噪聲小。容許使用高轉(zhuǎn)速，容積效率較大。擺線齒輪泵結(jié)構(gòu)更簡單，重疊系

9、數(shù)大，傳動平穩(wěn)，吸油條件更好。缺點：齒型復(fù)雜，加工精度高。需要專用設(shè)備，造價較貴。（三）齒輪泵的主要性能（1）壓力（2）排量（3）轉(zhuǎn)速（4）壽命四、葉片泵（一）單作用葉片泵工作原理1.組成：轉(zhuǎn)子、定子、葉片、配油盤和端蓋等。 2.特點： 定子內(nèi)表面為圓柱孔。轉(zhuǎn)子和定子存在偏心。葉片根部通入壓力油。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，吸油壓油各一次，故稱單作用葉片泵。轉(zhuǎn)子上有單方向液壓不平衡力作用，故稱非平衡式泵。改變偏心的大小，可改變泵的排量，為變量泵 3.密封工作腔：相鄰葉片、配油盤、定子內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子表面。流量計算實際輸出流量： b:葉片寬度；e:轉(zhuǎn)子與定子間的偏心；D:定子內(nèi)徑。流量脈動，葉片數(shù)越多，流量脈動率越小

10、。奇數(shù)葉片脈動率比偶數(shù)葉片的脈動率小。(二)雙作用葉片泵 1.工作原理 2.特點：定子內(nèi)表面是由兩段長半徑圓弧、 兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線八個部分組成。 轉(zhuǎn)子和定子同心。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個密封工作腔吸油壓油各兩 次，故稱雙作用葉片泵。 兩個吸油區(qū)和兩個壓油區(qū)徑向?qū)ΨQ作用在轉(zhuǎn) 子上的液壓力徑向平衡。稱為平衡式葉片泵。)112(2VDnbeq流量計算實際輸出流量： R和r分別為定子圓弧部分的長短半徑；為葉片的傾角；s為葉片的厚度；z為葉片數(shù)。)122(cos2)(22221VVVnszrRrRbznVVVnq凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵一、凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵的工作原理凸輪轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3、傳動軸4、吸油口

11、5、排油口6。兩段大半徑為R的同心圓孤與定子內(nèi)圓表面形成滑動密封，于是定子和轉(zhuǎn)子之間便形成了兩個徑向截面為月牙形的空間，當(dāng)用兩塊側(cè)板把定子和轉(zhuǎn)子密封起來，這兩個月牙形空間便成為獨立的密封空間。密封空間的體積并不發(fā)生變化。在定子上開設(shè)的兩個徑向滑槽里，安放著葉片，葉片的背部引入高壓油，使葉片頂緊轉(zhuǎn)子凸輪表面，在沒有建立起油壓時，由彈簧力實現(xiàn)頂緊。這樣當(dāng)月牙形空間滑過葉片時，在葉片的前面，空間逐漸減少，油液被排出，在葉片的后面，月牙形空間逐漸增大，油液被吸入。1凸輪轉(zhuǎn)子;2定子;3葉片;4傳動軸;5吸油口;6排油口二、凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵的瞬時流量當(dāng)葉片徑向放置，厚度為無限薄時，凸輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 角度，每個

12、葉片排出油的體積如圖3-23中影線的面積乘以轉(zhuǎn)子的寬度。因為每個泵都是雙作用的，所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過角度，泵1和泵2排出油體積分別為 式中 b-轉(zhuǎn)子的寬度，相位相差的兩個泵當(dāng)其為無窮小時，每個泵的葉片與凸輪表面接觸點的向徑。 兩個泵總排油體積為:兩個泵疊加后的瞬時流量為:有厚度葉片影響的瞬時流量公式為凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵的平均流量如圖3-24所示，凸輪轉(zhuǎn)子和定子之間形成的兩個月牙形腔室，每滑過一個葉片，里面的油便被排出一次，吸入一次，即每個泵每轉(zhuǎn)中要排出四個月牙腔中的油。兩個泵每轉(zhuǎn)共排出八個月牙腔中的油。于是得泵的平均流量計算公式為 五、結(jié)構(gòu)形式兩個凸輪轉(zhuǎn)子6按凸輪曲線錯開90裝于泵軸1上，并分別套裝在兩個

13、定子環(huán)3內(nèi)，兩定子環(huán)之間用隔板5隔開。在定子上相應(yīng)位置處分別有兩個吸油口和壓油口。每個定子環(huán)上都加工有兩個直槽，彼此相隔180。槽內(nèi)裝有能徑向滑動的葉片7，在壓 油口壓力油的作用下，葉片被壓在凸輪轉(zhuǎn)子的凸輪曲線表面上。彈簧8的作用是保證在輸出壓力為零時，仍然可將葉片壓在轉(zhuǎn)子上，起到隔開壓油腔和吸油腔的目的，提高啟動和無負(fù)載運轉(zhuǎn)時的性能。由于兩個轉(zhuǎn)子互為90安裝，彈簧8可繞支點擺動，總是可將兩個葉片壓緊。每個轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈有兩次這樣的變化:零輸出最大輸出零輸出，因兩個轉(zhuǎn)子互為90，故輸出流量經(jīng)常保持一定，其流量與轉(zhuǎn)角的關(guān)系如圖3-34所示。1一泵軸 2一泵前蓋 3一定子環(huán) 4一泵后蓋 5一隔板 6泵

14、芯 7一葉片 8彈簧(2)單凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵單凸輪轉(zhuǎn)子型葉片泵結(jié)構(gòu)圖例。圖3-35(a)所示的結(jié)構(gòu)采用了六等分多邊形的凸輪轉(zhuǎn)子，定子環(huán)泵體上均布有四個葉片槽，槽內(nèi)均裝有能作徑向滑動的葉片。葉片在彈簧4和壓力油的作用下壓在凸輪轉(zhuǎn)子上，并將各自的吸油腔和壓油腔隔開，然后通過泵蓋5上的孔將各個壓油口和吸油口通過內(nèi)部流道匯總連接起來，構(gòu)成一個總吸油口和總壓油口與外界連接，實現(xiàn)吸、壓油。圖3-35 (b)中的凸輪轉(zhuǎn)子為三邊形凸輪曲線，兩個葉片在半圓形彈簧4的作用下壓在凸輪轉(zhuǎn)子上，由于凸輪為奇數(shù)，存在徑向力不平衡的問題，故一般用于中低壓。1一定子環(huán)（泵體) 2一葉片 3一凸輪轉(zhuǎn)子 4一彈簧 5一泵蓋 3.4

15、.4凸輪轉(zhuǎn)子泵的特點 (1)噪聲低 泵的噪聲基本頻率等于油腔數(shù)目X每秒轉(zhuǎn)數(shù)。在各種類型的泵中，凸輪轉(zhuǎn)子泵的基本頻率是最低的，輸出流量基本上無脈動。沒有困油現(xiàn)象，如果葉片頭部采用圓弧形，或者采用圖3-36所示的措施：在定子的葉片槽邊，銑了一個圓弧，壓油腔與吸油腔過渡時沒有過渡的封油區(qū)間，不存在困油。便于泵軸采用良好的軸承結(jié)構(gòu)，另外凸輪轉(zhuǎn)子長徑和定子內(nèi)孔的滑動配合既起密封作用，又起到了輔助支承的作用，因而凸輪轉(zhuǎn)子和軸不易振動。由于轉(zhuǎn)子徑向力平衡，這樣就減少了轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的機械噪聲。(2)使用壽命長 凸輪轉(zhuǎn)子泵的壓、吸油腔均成雙數(shù)，并且徑向?qū)ΨQ分布，與普通雙作用葉片泵一樣，它的轉(zhuǎn)子上承受的徑向

16、力是平衡的，軸承上基本上不受徑向載荷；另外這種泵兩個凸輪轉(zhuǎn)子上各只壓著兩個對向的葉片，也比普通葉片泵定子上要壓十幾片葉片，其數(shù)量少得多，而且葉片頂部和根部的受力面積基本上平衡，作用在凸輪轉(zhuǎn)子上的力自然就很??；加上凸輪轉(zhuǎn)子直徑較小，線速度不是很高，接觸應(yīng)力小，因而磨損??；如果再對凸輪轉(zhuǎn)子、葉片的材料和熱處理作很好的選擇和處理，凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵的壽命就更長。(3)輸出流量均勻，特別是雙凸輪轉(zhuǎn)子葉片泵3.5液壓泵的安裝與維護(hù)3.5.1液壓泵的安裝液壓泵安裝得是否合理，不僅影響液壓系統(tǒng)的工作性能，同時也影響液壓泵的使用壽命。1 .液壓泵的安裝方式液壓泵由電動機通過法蘭盤或聯(lián)軸器驅(qū)動。液壓泵、電動機及其聯(lián)

17、軸器統(tǒng)稱為泵組 ;泵組、油箱組件、濾油器組件等組合而成為液壓泵站。2 .液壓泵的安裝調(diào)整( 1 )液壓泵的軸伸不能承受徑向力和軸向力，不允許用帶輪或鏈輪直接傳動，可采用法蘭盤、彈性或柔性聯(lián)軸器與電動機輸出軸連接。聯(lián)軸器的內(nèi)孔不能有過盈量，裝配時不允許用錘敲打，驅(qū)動軸端與泵的軸端應(yīng)保持 510mm的距離。( 2 )泵的軸伸與驅(qū)動軸的安裝誤差為 1 )采用法蘭盤連接時，同軸度靠法蘭盤上的止口來保證，兩軸的同軸度誤差不得大于0 .05 mm。2 )采用彈性或柔性聯(lián)軸器時，兩軸的同軸度誤差不得大于0.1mm。3 )兩軸的角度誤差不得超過1。( 3 )泵的吸油管徑應(yīng)大一些，長度應(yīng)短一些，泵的吸油高度到油

18、箱最低油位的距離不得大于500mm，吸油管內(nèi)油液流速應(yīng)低于每秒2m，以免產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。管道連接處應(yīng)密封良好，不得漏油、滲油或吸入空氣。3 .試車和運行中的注意事項安裝液壓泵時，一定要確認(rèn)泵的旋轉(zhuǎn)方向和進(jìn)出油口的關(guān)系。液壓泵的入口、出口和旋轉(zhuǎn)方向，一般在泵上均有標(biāo)明，不能接反。液壓泵啟動前，應(yīng)先往泵的進(jìn)油口灌油，如果是柱塞泵，還要先向泵殼內(nèi)灌滿油，以便于安全啟動。啟動液壓泵時，一定要先把主溢流閥的調(diào)整螺釘松到位，然后按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式分別調(diào)節(jié)溢流閥的溢流壓力值。對于開式系統(tǒng)，調(diào)節(jié)溢流閥壓力時，換向閥應(yīng)處于使主油路閉塞，使油只能通過溢流閥溢流。初次開車時，先點動，以確定泵的旋轉(zhuǎn)方向，同時使泵“活動”一

19、下。接著點動的時間延長，如果壓力表指針擺動正常，就可以正式啟動液壓泵。閉式系統(tǒng)通常有補油系統(tǒng)，補油系統(tǒng)的溢流閥未調(diào)好前，不能開主泵。開車后，液壓泵先在無負(fù)荷情況下運轉(zhuǎn)12小時，當(dāng)證明一切正常后，才能正式投入生產(chǎn)運行。3.5.2液壓泵的故障分析 1 .壓力不足壓力不足的主要原因 ( 1 )電動機轉(zhuǎn)向不對，造成泵不吸油。改變電動機轉(zhuǎn)向即可。( 2 )吸油管或過濾器堵塞。疏通管道、清洗過濾器即可。( 3 )液壓泵泄漏嚴(yán)重。這種情況多半由于液壓泵的磨損所至。齒輪泵的齒輪端面與泵蓋內(nèi)側(cè)面磨損后，會造成端面間隙過大，這是引起泄漏的主要原因。解決的辦法是修磨齒輪端面和泵體端面，保證適當(dāng)?shù)亩嗣骈g隙 ( CB型

20、齒輪泵的間隙為0.030.04mm )。葉片泵的定子內(nèi)表面及葉片頂部、轉(zhuǎn)子與配流盤端面的磨損是最常見的。雙作用葉片泵定子內(nèi)表面的過渡曲線，在吸油區(qū)的部分因為受到葉片根部壓力油的作用最易磨損。解決辦法是 磨損不嚴(yán)重時，可用細(xì)砂布修磨，把定子旋轉(zhuǎn)180使用；如果葉片頂部磨損，可把葉片根部做成倒角或圓角，當(dāng)做新的頂部使用；轉(zhuǎn)子與配流盤端面磨損嚴(yán)重時，也可采用修磨的辦法但同時應(yīng)修磨葉片，保證葉片寬度比轉(zhuǎn)子小0.0050.01mm，還要修磨定子端面，使軸向間隙控制在0.040.07mm范圍內(nèi)。柱塞泵的缸體與配流盤、柱塞與缸孔之間磨損嚴(yán)重時也會造成輸出壓力不足。解決辦法是修磨接觸面或更換配流盤和柱塞。此外

21、還應(yīng)注意緊固連接處的螺釘，嚴(yán)防泄漏。2 .排量不足液壓泵前述壓力不足的原因也常常是排量不足的原因，此外還有其他原因 ( 1 )液壓泵轉(zhuǎn)速不夠，使吸流量不足。這種現(xiàn)象往往是由于泵的驅(qū)動裝置打滑或功率不足所至。( 2 )吸油口漏氣，漏氣的原因多是管接頭處密封不良。( 3 )油箱中油液不足、泵的安裝位置過高、油液粘度過高等，都會使吸油困難。( 4 )空氣的混入、油液粘度過低或油溫過高使泄漏增加，使流量不足。3 .噪聲過大流量與壓力劇變、發(fā)生氣穴、機械振動等都會引起液壓泵的異常聲響。控制噪聲的常用方法是 ( 1 )嚴(yán)格防止空氣的混入而產(chǎn)生氣穴。1 )油箱的油量要充足，油面不能太低，否則會從吸油管吸入空氣。2 )進(jìn)油管的密封性要好。3 )過濾器的過濾能力要強。裝在泵的吸油口的過濾器，其過濾能力應(yīng)為泵流量的兩倍以上，壓力損失不得超過0.02MPa。( 2 )盡量防止由于裝配不良、液壓泵管件松動等引起的振動與噪聲。4 .溫升過高液壓泵的溫度以不超過65為宜，從使用維護(hù)的角度考慮，造成溫升過高的原因如下 ( 1 )裝配質(zhì)量沒有保證，使相對運動的表面油膜被破壞而形成干摩擦。( 2 )液壓泵磨損嚴(yán)重，使泄漏增加、容積效率降低，其損失轉(zhuǎn)化為熱能。( 3 )油液被污染，油液粘度過高。污染