3.2.3 葉片泵

1、2.3 葉片泵 Vane Pumps1單作用葉片泵雙作用葉片泵葉片泵包括兩類：雙作用葉片泵和單作用葉片泵。區(qū)別是定子內(nèi)曲線的形狀不同。曲線形狀不同泵軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)吸壓油的次數(shù)也不同，每轉(zhuǎn)吸壓油一次的稱單作用葉片泵，吸壓油兩次的稱雙作用葉片泵。22.3.1 單作用葉片泵 Single-cell Vane Pumps2.3.1.1 工作原理 圖2.7 單作用葉片泵工作原理1壓油口; 2 轉(zhuǎn)子; 3 定子; 4 葉片; 5 吸油口 壓油窗口吸油窗口壓油口吸油口定子轉(zhuǎn)子3定子內(nèi)表面是圓柱面，轉(zhuǎn)子和定子中心之間存在著偏心(Eccentricity)，葉片在轉(zhuǎn)子的槽內(nèi)可靈活滑動(dòng)，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力以及葉片根

2、部油壓力作用下，葉片頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，于是兩相鄰葉片、配油盤、定子和轉(zhuǎn)子便形成了一個(gè)密封的工作腔。 泵在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)的過(guò)程中，吸油、壓油各一次，故稱單作用葉片泵。 轉(zhuǎn)子單方向受力，軸承負(fù)載大。 改變偏心距，可改變泵排量，形成變量葉片泵。2.3.1 單作用葉片泵2.3.1.1 工作原理 42.3.1.2 單作用葉片泵的平均流量變量變排量2.3.1 單作用葉片泵52.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理 變量葉片泵有：內(nèi)反饋式 (Internal Feedback)外反饋式(External Feedback)兩種。 2.3.1 單作用葉片泵62.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理 (1) 限壓

3、式內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵 Pressure-compensated Internal Feedback Variable Displacement Vane Pump內(nèi)反饋式變量泵操縱力來(lái)自泵本身的排油壓力，內(nèi)反饋式變量葉片泵配流盤的吸、排油窗口的布置如圖2.9。 圖2.9 變量原理 1最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2彈簧預(yù)壓縮量調(diào)節(jié)螺釘；3葉片；4轉(zhuǎn)子；5定子2.3.1 單作用葉片泵o7(1) 限壓式內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵2.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理由于存在偏角oo1，排油壓力對(duì)定子環(huán)的作用力可分解為垂直于軸線的分力F1及與之平行的調(diào)節(jié)分力F2，調(diào)節(jié)分力F2與調(diào)節(jié)彈簧的壓縮恢復(fù)力、定子運(yùn)動(dòng)的摩擦力及定子運(yùn)

4、動(dòng)的慣性力相平衡。定子相對(duì)于轉(zhuǎn)子的偏心距、泵的排量大小可由力的相對(duì)平衡來(lái)決定。 2.3.1 單作用葉片泵圖2.9 變量原理 1最大流量調(diào)節(jié)螺釘；2彈簧預(yù)壓縮量調(diào)節(jié)螺釘；3葉片；4轉(zhuǎn)子；5定子o8當(dāng)泵的工作壓力所形成的調(diào)節(jié)分力F2小于彈簧預(yù)緊力時(shí)，泵的定子環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子的偏心距保持在最大值，不隨工作壓力的變化而變，由于泄漏，泵的實(shí)際輸出流量隨其壓力增加而稍有下降，如上圖中AB段。 定量段，變量壓力小于彈簧預(yù)壓力2.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理(1) 限壓式內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵2.3.1 單作用葉片泵o9 改變彈簧預(yù)緊力可以改變曲線的B點(diǎn)。 調(diào)節(jié)最大流量調(diào)節(jié)螺釘，可以調(diào)節(jié)曲線的A點(diǎn)。 開始變量點(diǎn)變量段

5、，變量壓力大于彈簧預(yù)壓力泵工作壓力p超過(guò)pB后，調(diào)節(jié)分力F2大于彈簧預(yù)緊力，使定子環(huán)向減小偏心距的方向移動(dòng)，泵排量開始下降（變量）。 圖2.102.3.1.3 單作用葉片泵和變量原理(1) 限壓式內(nèi)反饋?zhàn)兞咳~片泵2.3.1 單作用葉片泵10(2) 限壓式外反饋?zhàn)兞咳~片泵 Pressure-compensated External Feedback Variable Displacement Vane Pump圖2.11 外反饋限壓式變量葉片泵1轉(zhuǎn)子；2 彈簧；3 定子；4 滑塊滾針支承(Needle Bearing)；5 反饋柱塞(Feedback Piston)；6 流量調(diào)節(jié)螺釘2.3.1

6、單作用葉片泵11設(shè)泵轉(zhuǎn)子和定子間的最大偏心距為emax，此時(shí)彈簧的預(yù)壓縮量x0，彈簧剛度kx，泵的偏心預(yù)調(diào)值e0，當(dāng)壓力逐漸增大，使定子開始移動(dòng)時(shí)壓力pB ，則有（2.13） 2.3.1 單作用葉片泵(2) 限壓式外反饋?zhàn)兞咳~片泵12（2.14） （2.15） （2.16） 當(dāng)泵壓力為p時(shí)，定子移動(dòng)了x 距離，也即彈簧壓縮量增加x，這時(shí)的偏心量為 ：2.3.1 單作用葉片泵(2) 限壓式外反饋?zhàn)兞咳~片泵132.3.2.1 工作原理 雙作用葉片泵的原理和單作用葉片泵相似，不同之處只在于定子內(nèi)表面是由兩段長(zhǎng)半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過(guò)渡曲線組成，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的。 雙作用葉片泵2.3.2

7、雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps14圖中，當(dāng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸增大，為吸油區(qū)，在左下角和右上角處逐漸減小，為壓油區(qū)；吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。 圖2.12 雙作用葉片泵工作原理1定子；2 壓油口；3 轉(zhuǎn)子；4 葉片；5 吸油口2.3.2.1 工作原理 2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps15這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。2.3.2.1 工作原理 2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps圖2

8、.12 雙作用葉片泵工作原理1定子；2 壓油口；3 轉(zhuǎn)子；4 葉片；5 吸油口162.3.2.2 平均流量計(jì)算 當(dāng)兩葉片從a，b位置轉(zhuǎn)c，d位置時(shí)，排出容積為M的油液；從c，d轉(zhuǎn)到e，f 時(shí)，吸進(jìn)了容積為M的油液。從e，f 轉(zhuǎn)到g，h時(shí)又排出了容積為M的油液；再?gòu)膅，h轉(zhuǎn)回到a，b時(shí)又吸進(jìn)了容積為M的油液。 圖2.13 雙作用葉片泵平均流量計(jì)算 R 定子長(zhǎng)半徑； r 定子短半徑；B 轉(zhuǎn)子厚度。 2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps17轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，兩葉片間吸油兩次，排油兩次，每次容積為M；當(dāng)葉片數(shù)為Z時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周所有葉片的排量為2Z個(gè)M容積，若不計(jì)葉片幾何尺度，

9、此值正好為環(huán)行體積的兩倍。故泵的排量為：式中： R 定子長(zhǎng)半徑； r 定子短半徑；B 轉(zhuǎn)子厚度。 平均流量為： 2.3.2.2 平均流量計(jì)算 2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps18考慮葉片厚度影響后，雙作用葉片泵精確流量計(jì)算公式為：（2.23） 2.3.2.3 葉片泵的高壓化隨著技術(shù)的發(fā)展，雙作用葉片的最高工作壓力已達(dá)2030MPa。因?yàn)殡p作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向力基本上是平衡的，不像齒輪泵和單作用葉片泵那樣，工作壓力的提高會(huì)受到徑向承載能力的限制；葉片泵工作壓力提高的主要限制條件是葉片和定子內(nèi)表面的磨損。2.3.2.2 平均流量計(jì)算 2.3.2 雙作用葉片泵

10、 Double-cell Vane Pumps19為解決定子和葉片的磨損，要采取措施減小在吸油區(qū)葉片對(duì)定子內(nèi)表面的壓緊力，目前采取的主要結(jié)構(gòu)措施有以下幾種： (1) 雙葉片結(jié)構(gòu)葉片頭部的形狀，使葉片頭部承壓面積略小于葉片底部承壓面積。這個(gè)承壓面積的差值就形成葉片對(duì)定子內(nèi)表面的接觸力。各轉(zhuǎn)子槽內(nèi)裝有兩個(gè)經(jīng)過(guò)倒角的葉片。兩葉片的倒角部分構(gòu)成從葉片底部通向頭部的V型油道，因而作用在葉片底、頭部的油壓力相等，合理設(shè)計(jì)2.3.2.3 葉片泵的高壓化2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps20(2) 彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)葉片的底面上開有三個(gè)彈簧孔，通過(guò)葉片頭部和底部相連的小孔及側(cè)

11、面的半圓槽使葉片底面與頭部溝通。不過(guò)，彈簧在工作過(guò)程中頻繁受交變壓縮，易引起疲勞損壞。 圖2.15 彈簧負(fù)載葉片結(jié)構(gòu)2.3.2.3 葉片泵的高壓化2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps21(3) 子母葉片結(jié)構(gòu) Son-and-mother Vane Construction圖2.16 母子葉片結(jié)構(gòu) 2.3.2.3 葉片泵的高壓化2.3.2 雙作用葉片泵 Double-cell Vane Pumps22葉片槽中裝有母葉片和子葉片，母、子葉片能自由地相對(duì)滑動(dòng)，正確選擇子葉片和母葉片的寬度尺寸之比可使母葉片和定子的接觸壓力適當(dāng)；轉(zhuǎn)子上的壓力平衡孔使母葉片的頭部和底部液

12、壓力相等，泵的排油壓力通到母、子葉片之間的中間壓力腔；葉片作用在定子上的力：F23(4) 階梯葉片結(jié)構(gòu)葉片做階梯形式，轉(zhuǎn)子上的葉片槽亦具有相應(yīng)的形狀。它們之間的中間油腔經(jīng)配流盤上的槽與壓力油相通，轉(zhuǎn)子上的壓力平衡油道把葉片頭部的壓力油引入葉片底部。圖 2.17 1定子；2 轉(zhuǎn)子；3 中間油腔；4 壓力平衡油道 2.3.2.3 葉片泵的高壓化2.3.2 雙作用葉片泵 Double-acting Vane Pumps242.3.3 單雙葉片泵的特點(diǎn)比較 Characteristic Comparison between Single-cell and Double-acting Vane Pump

13、s2.3.3.1 單作用葉片的特點(diǎn) 存在困油現(xiàn)象 配流盤的吸、排油窗口間的密封角略大于兩相鄰葉片間的夾角，而單作用葉片泵的定子不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段，因此，當(dāng)上述被封閉的容腔發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與齒輪泵相類似的困油現(xiàn)象。通常，通過(guò)配流盤排油窗口邊緣開三角卸荷槽的方法來(lái)消除困油現(xiàn)象。 25單作用葉片泵轉(zhuǎn)子上的徑向液壓力不平衡，軸承負(fù)荷較大。這使泵的工作壓力和排量的提高均受到限制。 葉片沿旋轉(zhuǎn)方向向后傾斜葉片根部的容積不影響泵的流量轉(zhuǎn)子承受徑向液壓力2.3.3 單雙葉片泵的特點(diǎn)比較2.3.3.1 單作用葉片的特點(diǎn) 26 定子過(guò)度曲線 Transition Curve of Cam Ring 定子內(nèi)表面的曲線由四段圓弧和四段過(guò)渡曲線組成，應(yīng)使葉片轉(zhuǎn)到過(guò)渡曲線和圓弧段交接點(diǎn)處的加速度突變不大，以減小沖擊和噪聲，同時(shí)，還應(yīng)使泵的瞬時(shí)流量的脈動(dòng)最小。 2.3.3.1 單作用葉片的特點(diǎn) 2.3.3 單雙葉片泵的特點(diǎn)比較 27設(shè)置葉片安放角有利于葉片在槽內(nèi)滑動(dòng)。為了保證葉片順利的從葉片槽滑出，減小葉片的壓力角，根據(jù)過(guò)渡曲線的動(dòng)力學(xué)特性，雙作用葉片泵轉(zhuǎn)子的葉片槽常做成沿旋轉(zhuǎn)方向向前傾斜一個(gè)安放角。當(dāng)葉片有安放角時(shí)，葉片泵就不允許反轉(zhuǎn)。 葉片安放角 Vane Setting Angle 2.3.3.1 單作