液壓與氣動技術(shù) - 項目三

液壓與氣動技術(shù)主編趙江濤王珊謝強

項目三常用液壓泵01齒輪泵02葉片泵03其他常用液壓泵目錄

CONTENTSPARTONE齒輪泵一、液壓泵概述

工程上使用的液壓泵類型較多,主要有定量液壓泵和變量液壓泵兩大類。在定量液壓泵中最常用的齒輪泵、葉片泵和柱塞泵;變量液壓泵最常用的結(jié)構(gòu)有柱塞泵和葉片泵等。這些液壓泵在具體結(jié)構(gòu)上各不相同,應(yīng)用場合也各有側(cè)重,但工作原理是相同的。

當(dāng)密封容積a由小變大時就形成部分真空,使油箱中的油液在大氣壓的作用下,經(jīng)吸油管道頂開單向閥6進入油腔a實現(xiàn)吸油,此時單向閥5是反向截止的,已經(jīng)壓出的油不會被倒吸回流當(dāng)電機帶動偏心輪旋轉(zhuǎn)時,偏心輪推動柱塞左右運動,使密封容積a的大小發(fā)生周期性的變化。如圖3-1所示為單柱塞式的液壓泵工作原理模型圖。柱塞2裝在缸體3內(nèi),并可做左右移動,在彈簧4的作用下,柱塞緊壓在偏心輪1的外表面上。反之,當(dāng)密封容積a由大變小時,容腔中已吸滿的油液將頂開單向閥5進入系統(tǒng)油路而實現(xiàn)壓油,此時單向閥6是反向截止的,保證容腔中的油液不會重新流回油箱。電機帶動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn),液壓泵就不斷吸油和壓油。1.工作原理

如圖3-2所示為液壓泵的職能符號。在液壓系統(tǒng)原理圖中,各液壓元件都是以職能符號繪制的。顯然,職能符號僅表示該元件的基本功能,并不能表示出它的結(jié)構(gòu)、參數(shù)或連接方式等。

例如,圖3-2(b)的符號只表示一個單向定量液壓泵,并不能顯示該泵是齒輪泵還是葉片泵等內(nèi)容。在學(xué)習(xí)每一種液壓元件時都必須掌握它的職能符號,以便正確繪制和閱讀液壓系統(tǒng)油路圖。(1)必須有密封且可周期性變化的容積空間。沒有密封就不能形成壓力或真空,沒有周期性變化就不能吸油或排油。(2)必須有配流機構(gòu)。配流機構(gòu)的作用是將液壓泵的吸油腔和壓油腔隔開。液壓泵因具體結(jié)構(gòu)原理不同,故其配流機構(gòu)的設(shè)計形式也不同。例如,圖3-1所示的工作模型就是采用兩個單向閥實現(xiàn)配流的。2.液壓泵的兩個必備工作條件(二)液壓泵的主要性能參數(shù)

當(dāng)液壓泵工作時,它的實際壓力就是它的工作壓力,其數(shù)值可以通過安裝在液壓泵出口處的壓力表讀取。液壓泵的工作壓力是由具體液壓系統(tǒng)的外負載及管路的壓力損失所決定的,并隨負載變化而變化。1.額定壓力和工作壓力2.排量V和流量q

液壓泵的排量是指泵每轉(zhuǎn)一周所輸出的液體體積,它是由液壓泵的幾何尺寸決定的量,用V表示,單位是m3/r、L/r或mL/r。排量可調(diào)的液壓泵稱為變量泵,不可調(diào)的液壓泵稱為定量泵。

流量是指液壓泵在單位時間內(nèi)輸出液體的體積,單位是m3/s或L/min。流量包括理論流量和實際流量。

理論流量是根據(jù)液壓泵密封容腔幾何尺寸變化而計算得出的單位時間內(nèi)排出的液體體積。理論流量qt與排量V的關(guān)系為

液壓泵靠電機帶動,輸入的是轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速,即機械能;輸出的是液體壓力和流量,即壓力能。理論上輸入功率和輸出功率是相等的。但是實際上輸出功率小于輸入功率,二者之差值為功率損失,其包括容積損失和機械損失兩部分。3.液壓泵的功率和效率

容積損失主要是指流量損失,是液體在液壓泵的內(nèi)部因泄漏造成的功率損失,即高壓油腔的油因泄漏流回到吸油腔,表現(xiàn)為液壓泵的實際輸出流量小于它的理論流量。因此液壓泵的實際流量q與理論流量qt的比值稱為容積效率,用ηv表示

機械損失是由于零件之間摩擦及液體流動時內(nèi)部摩擦所造成的。其主要反映在實際輸入轉(zhuǎn)矩總是大于理論上所需的轉(zhuǎn)矩。理論轉(zhuǎn)矩Tt與實際輸入轉(zhuǎn)矩Ti之比稱為機械效率,用ηm表示根據(jù)能量守恒原理,液壓泵的理論輸出功率pqt等于泵理論輸入功率2πnTt,求得

例3-1在某液壓系統(tǒng)中,泵的排量V=10mL/r,電機轉(zhuǎn)速n=1200r/min,泵的工作壓力p=5MPa,泵容積效率ηv=0.92,總效率η=0.84,求:(1)泵的理論流量;(2)泵的實際流量;(3)泵的輸出功率;(4)電機驅(qū)動功率。二、齒輪泵

齒輪泵是指以一對齒輪嚙合運動方式進行工作的定量液壓泵,按其結(jié)構(gòu)形式可分為外嚙合式和內(nèi)嚙合式兩種。外嚙合式齒輪泵由于結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、價格低廉、工作可靠、維修方便,已廣泛應(yīng)用于低壓系統(tǒng)。內(nèi)嚙合齒輪泵由于齒形復(fù)雜、加工困難、成本較高,在工程中較少使用。因此,這里主要介紹工程上常用的外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)。(一)外嚙合齒輪泵的工作原理與結(jié)構(gòu)

如圖3-3所示為外嚙合齒輪泵的工作原理圖。在泵的殼體內(nèi)有一對齒數(shù)、寬度相等的圓柱齒輪外嚙合,兩端由端蓋罩住。密封工作腔由殼體、端蓋和齒輪的各個齒間槽組成;嚙合齒輪的嚙合線和齒頂將左右兩個密封腔自然分開,從而實現(xiàn)吸油腔和壓油腔的配流。

如圖3-4所示為CB-B型齒輪泵結(jié)構(gòu)圖。它采用三片式結(jié)構(gòu),三片分別是前端蓋8、后端蓋4和泵體7。它們之間通過兩個圓柱銷17定位,并由六個螺釘9緊固。其中主動齒輪6用鍵5固定在傳動軸12上,并與電機相連,通過轉(zhuǎn)動帶動嚙合的從動齒輪旋轉(zhuǎn)。(二)外嚙合齒輪泵的幾個技術(shù)問題1.泄漏問題

內(nèi)部泄漏是液壓泵不可避免的,即壓油腔的壓力油經(jīng)間隙漏回到吸油腔,泄漏油液的程度可用液壓泵的容積效率ηv來表示。

外嚙合齒輪泵內(nèi)部泄漏常出現(xiàn)在三個部位。(1)端面泄漏(2)齒頂泄漏(3)嚙合線泄漏

泄漏大不但會使效率低,而且也會使泄漏后工作壓力降低。其中端面泄漏是主要部分,但外嚙合齒輪泵的機械運轉(zhuǎn)又要求必須有一定的端面間隙,因此,它的容積效率在各類液壓泵中相對較低。2.困油問題

為了保證齒輪嚙合平穩(wěn),齒輪嚙合系數(shù)必須大于1,即前一對輪齒脫開前,后一對輪齒已經(jīng)進入嚙合。因此,必然會出現(xiàn)兩對輪齒同時嚙合的瞬間。這兩對輪齒間形成一個封閉空間,如圖3-5所示。隨著嚙合齒輪的旋轉(zhuǎn),封閉空間容積大小是不斷變化的。3.徑向力不平衡問題

嚙合齒輪是靠裝在前后端蓋上的軸承工作的,由于壓油腔和吸油腔對嚙合齒輪的作用是不同的,從高壓油區(qū)到低壓油區(qū),作用力呈逐漸減少分布,因此會造成齒輪的徑向作用力不平衡,使齒輪和軸承承受的不平衡載荷加大。

為消除徑向不平衡力,常縮小壓油口,使高壓腔作用面積減少。同時也可以在端蓋的吸油腔、壓油腔對面開兩個平衡槽,分別與吸油腔、壓油腔相通,以平衡徑向不平衡力。但同時也會使泄漏相對增大,容積效率降低。PARTONE葉片泵

葉片泵在液壓傳動系統(tǒng)中應(yīng)用較廣。它的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、瞬時流量脈動微小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、使用壽命較長等,但也存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、吸油性能較差、對油液污染比較敏感等缺點。

一般按每轉(zhuǎn)吸油、排油各1次的葉片泵,稱為單作用葉片泵,每轉(zhuǎn)吸油、排油各2次,稱為雙作用葉片泵。雙作用葉片泵的排量不可調(diào),故習(xí)慣稱之為定量葉片泵;單作用葉片泵的排量可以被調(diào)節(jié),因此,變量葉片泵只能是單作用葉片泵。

轉(zhuǎn)子上開有均布的徑向槽,葉片3裝在定子上的葉片槽內(nèi),并可在槽內(nèi)滑動。轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時,葉片在離心力和根部壓力油(葉片根部與壓油腔相通)作用下緊貼定子內(nèi)表面。在配油盤上對應(yīng)于定子四段過渡曲線的位置開有四個配油窗口,其中兩個與吸油口相通,稱為吸油窗口;另外兩個與壓油口相通,稱為壓油窗口。如圖3-6所示為定量葉片泵的工作原理圖。定量葉片泵主要由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和配油盤組成。配油盤的結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。如圖3-6所示,定子2與轉(zhuǎn)子1中心重合,定子內(nèi)表面由兩段半徑為R的大圓弧和兩段半徑為r的小圓弧及它們之間的四段過渡曲線組成。在配油盤、定子、轉(zhuǎn)子和兩相鄰葉片間形成密封腔。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動使葉片由小半徑向大半徑處滑移時,兩葉片間的密封容積逐漸增大,形成局部真空而吸油;葉片由大半徑向小半徑處滑移時,兩葉片間的密封容積逐漸減小而排油。吸油、排油是通過配油盤來實現(xiàn)的。

如圖3-8所示為YB1型雙作用葉片泵結(jié)構(gòu)圖。其采用分離式結(jié)構(gòu),泵體分為前泵體7和后泵體1。泵體內(nèi)安有左配油盤2、右配油盤6、定子4、轉(zhuǎn)子3、葉片5。為使用與裝修方便,將泵體內(nèi)元件,用兩個長螺釘13連為一個整體部件。用螺釘頭部作定位銷與后泵體定位孔相互定位,保證吸、壓油窗口與定子內(nèi)表面過渡曲線相對位置準確無誤。從圖上也看出,吸油口開在后泵體上,壓油口開在前泵體上。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)1圈,葉片在槽內(nèi)往復(fù)運動2次,完成吸油、排油各兩次,因此稱為雙作用葉片泵。由于雙作用葉片泵的兩個吸油窗口和兩個壓油窗口對稱分布,所以徑向力平衡,因此這種葉片泵又稱卸荷式葉片泵。傳動軸9與轉(zhuǎn)子內(nèi)花鍵相連,并依靠兩個滾動軸承11、12一起轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子上開有葉片槽12條或16條,葉片在槽內(nèi)可自由滑動。10是密封圈,以防止油的泄漏和空氣、灰塵的侵入。(一)困油現(xiàn)象

葉片泵也存在困油現(xiàn)象,為此在左、右配流盤腰形孔端部開有卸荷三角槽,以消除困油現(xiàn)象。(二)葉片安裝傾角

雙作用葉片泵的葉片不是沿徑向安裝的,而是沿轉(zhuǎn)動方向向前傾斜一個角度,即葉片前傾一個θ(10°~14°)角。這樣做的目的是使壓力角減小,葉片在槽內(nèi)運動時摩擦力降低,磨損減少,消除葉片卡住或折斷的現(xiàn)象。雙作用葉片泵在運轉(zhuǎn)時,決不允許轉(zhuǎn)子反向轉(zhuǎn)動,否則將使葉片置于“后傾”角度,導(dǎo)致迅速磨損甚至折斷。在安裝和調(diào)試電動機接線時,要正確判斷電機轉(zhuǎn)向是否符合要求。(三)葉片泵的泄漏

泄漏主要有三種:配流盤與轉(zhuǎn)子、葉片之間的軸向間隙泄漏;葉片頂端與定子內(nèi)表面的徑向間隙泄漏;葉片與轉(zhuǎn)子槽之間的側(cè)面間隙泄漏。三處泄漏中以軸向間隙泄漏為最大。二、定量葉片泵的幾個技術(shù)問題三、普通變量葉片泵

如圖3-9所示為一個單作用葉片泵的工作原理圖。它的主要組成部分也是定子、轉(zhuǎn)子、葉片和配流盤。但是,它的定子內(nèi)表面是圓形。

由圖3-9可知,單作用葉片泵的葉片相對于轉(zhuǎn)動方向有“后傾”一個角度,這主要是為了讓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動,葉片在離心力的作用下充分甩出,保證葉片頂部與定子內(nèi)表面之間有良好的密封。

在安裝調(diào)試單作用葉片泵時,必須讓電機轉(zhuǎn)向符合葉片“后傾”的要求,否則,單作用葉片泵在轉(zhuǎn)動時葉片不能充分甩出,將不能正常吸油、排油。PARTONE其他常用液壓泵(二)液壓與氣壓傳動系統(tǒng)的組成一、柱塞泵

柱塞泵是依靠柱塞在缸體柱塞孔內(nèi)往復(fù)運動,使密封容積產(chǎn)生變化來實現(xiàn)吸油、壓油的。由于柱塞與缸體柱塞孔均為圓柱表面,加工方便,配合精度高,因此密封性能好,泄漏小,在高壓狀況下工作仍有較高的容積效率。只要改變柱塞的工作行程就能改變泵的排量,容易實現(xiàn)單向或雙向變量。它常用于高壓大流量和流量需要調(diào)節(jié)的液壓系統(tǒng),如工程機械、液壓機、龍門刨床、拉床等。

按柱塞排列方向不同,柱塞泵可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。(一)徑向柱塞泵

如圖3-11所示為徑向柱塞泵的工作原理圖。轉(zhuǎn)子3上有按徑向排列并沿圓周均勻分布的柱塞孔,柱塞1可在其中滑動。襯套4過盈配合在轉(zhuǎn)子孔內(nèi),隨轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn),而配油軸5則固定。(二)軸向柱塞泵

軸向柱塞泵是指柱塞孔在缸體內(nèi)軸向排列并沿圓周均勻分布,柱塞的軸線平行于缸體旋轉(zhuǎn)軸線的柱塞泵。1.軸向柱塞泵的工作原理

如圖3-12所示為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理圖。缸體1上沿圓周均勻分布著幾個軸向柱塞孔,柱塞3可在其中滑動。斜盤4的法線與缸體軸線成γ角。斜盤4和配油盤2固定,傳動軸5帶動缸體和柱塞一起轉(zhuǎn)動。

如果改變斜盤傾角γ就能改變柱塞行程長度h,也就改變了泵的排量。改變斜盤傾角方向,就能改變吸油和壓油的方向,而使圖示柱塞泵成為雙向變量泵。2.軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)

如圖3-13所示為SCY14-1B型軸向柱塞泵的工作原理圖,它由兩部分組成,即主體部分和變量機構(gòu)部分。

如圖3-13所示,缸體5裝在中間泵體1和前泵體7內(nèi),由傳動軸8通過花鍵帶動旋轉(zhuǎn)。

二、雙級泵與雙聯(lián)泵

為了實現(xiàn)提高壓力等級和提高效率的目的,將兩個泵設(shè)計在一個泵體內(nèi),就構(gòu)成了雙級泵或雙聯(lián)泵。(一)雙級泵

雙級泵是為了獲得較高的工作壓力,由兩個普通壓力泵設(shè)計安裝在一個泵體內(nèi)串聯(lián)而成,以提高系統(tǒng)的壓力等級。

如圖3