第三章2 液压泵知识

第二节第二节 液压泵知识液压泵知识单作用叶片泵单作用叶片泵 结构组成：结构组成： 定子：定子： 内环为圆内环为圆 转子：转子： 与定子存在偏心与定子存在偏心e e，转子内有，转子内有Z Z个叶片槽个叶片槽 叶片：叶片： 在转子叶片槽内自由滑动，宽度为在转子叶片槽内自由滑动，宽度为B B 左、右配流盘：左、右配流盘： 铣有吸、压油窗口铣有吸、压油窗口 传动轴传动轴 工作原理：工作原理： 由定子内环、转子外圆由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的密闭和左右配流盘组成的密闭工作容积被叶片分割为四工作容积被叶片分割为四部分。传动轴带动转子旋部分。传动轴带动转子旋转，叶片在离心力作用下转，叶片在离心力作用下紧贴定子内表面，因定子紧贴定子内表面，因定子与转子之间有偏心，故有与转子之间有偏心，故有一部分密闭容积将减小，一部分密闭容积将减小，受挤压的油液经配流窗口受挤压的油液经配流窗口排出，一部分密闭容积将排出，一部分密闭容积将增大形成真空，经配流窗增大形成真空，经配流窗口从油箱吸油。口从油箱吸油。单作用叶片泵的特点：单作用叶片泵的特点： 定子曲线定子曲线：单作用叶片泵定子内表面为圆面：单作用叶片泵定子内表面为圆面; ; 叶片倾角叶片倾角：为保证叶片所受合力与运动方向一致，减少叶：为保证叶片所受合力与运动方向一致，减少叶片受弯的力，叶片前倾片受弯的力，叶片前倾角角; ; 径向力：径向力：转轴所受径向力不平衡，有径向不平衡力转轴所受径向力不平衡，有径向不平衡力;根部通油：根部通油：叶片槽根部分别接通吸、压油腔，叶片厚度对叶片槽根部分别接通吸、压油腔，叶片厚度对排量无影响排量无影响; ;叶片数：叶片数：因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉动因叶片矢径是转角的函数，瞬时理论流量是脉动的。叶片数取为奇数，以减小流量的脉动的。叶片数取为奇数，以减小流量的脉动; ; 变量泵：变量泵：可以通过改变定子的偏心距可以通过改变定子的偏心距 e e 来调节泵的排量和来调节泵的排量和流量流量; ; 叶片伸出：叶片伸出：主要靠离心力作用。主要靠离心力作用。变量叶片泵分类：变量叶片泵分类：单作用叶片泵的流量计算单作用叶片泵的流量计算nDeb2q(2De)bVbZ1)2d(e)2D(VbZ1)2d(e)2D(V)VZ(VVv2122222121vv注：在推导中没用考虑叶片厚度注：在推导中没用考虑叶片厚度s对泵流量的影响对泵流量的影响变量叶片泵（变量叶片泵（限压式限压式） 结构特点：结构特点： 定子右边控制活塞作定子右边控制活塞作用着泵的出口压力油，用着泵的出口压力油，左边作用着调压弹簧左边作用着调压弹簧力。当力。当F FF Fs s，定子将向偏心，定子将向偏心减小的方向移动。减小的方向移动。 限压式变量叶片泵工作原限压式变量叶片泵工作原理：理：当当PAPAx xF Fs s时时e=ee=emaxmaxq=qq=qmaxmax定量泵定量泵当当PAPAx xF Fs s时时e=ee=emaxmaxx xq=qq=qmaxmaxpf(x)pf(x)变量泵变量泵FsPAX 特性曲线特性曲线当当P PP Pc c时时 q q=f(e) =f(e) p p q q减小减小 BCBC段段当当P PP Pc c时时 q q=0=0调节定子右边的螺钉，改变调节定子右边的螺钉，改变e emaxmax AB线上下平移线上下平移调节压力调节螺钉的预压缩量调节压力调节螺钉的预压缩量x x0 0 BC线左右平移线左右平移更换弹簧更换弹簧 BC线线斜率变化斜率变化scxsxcsxkPPAeexkAPxxkPAxee)()(max00maxPAXFXABCPqPC泵实际输出流量关系式：泵实际输出流量关系式： k kq q泵的流量常数，泵的流量常数，k k1 1泵的泄漏常数泵的泄漏常数 当当pApAx xF Fs s时，定子左移，泵的流量减小，流量为：时，定子左移，泵的流量减小，流量为：peqkkq1pqkekq1maxpqkkkAkkexkqsxsqq)()(1max0kkkAexkpqsxs1max0max)(第四节第四节 柱塞泵柱塞泵 柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于或等于油和压油，柱塞数必须大于或等于“3 3”。 径向柱塞泵径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵 阀配流径向柱塞泵阀配流径向柱塞泵 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵 斜轴式无铰轴向柱塞泵斜轴式无铰轴向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵配流轴式径向柱塞泵 配流轴式径向柱塞泵的结构配流轴式径向柱塞泵的结构 配流轴式径向柱塞泵的工作原理配流轴式径向柱塞泵的工作原理 配流轴式径向柱塞泵的流量计算配流轴式径向柱塞泵的流量计算 配流轴式径向柱塞泵的结构特点配流轴式径向柱塞泵的结构特点配流轴式径向柱塞泵的结构配流轴式径向柱塞泵的结构返回返回配流轴式径向柱塞泵的工作原理配流轴式径向柱塞泵的工作原理 缸体缸体 均布有七个柱塞均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密孔，柱塞底部空间为密闭工作腔闭工作腔 柱塞柱塞 其头部滑履与定其头部滑履与定子内圆接触子内圆接触 定子定子 与缸体间存在偏与缸体间存在偏心心 配流轴配流轴 不转动分为吸不转动分为吸油和压油两个部分油和压油两个部分 传动轴传动轴 带动缸体转动带动缸体转动返回返回配流轴式径向柱塞泵的流量计算配流轴式径向柱塞泵的流量计算v222eZn d4q2eZd4V e e 定子与缸体之间的偏定子与缸体之间的偏心距心距 Z Z 柱塞数柱塞数空间空间：柱塞缸体内柱塞缸体内变化变化：柱塞外伸柱塞外伸吸油吸油柱塞内缩柱塞内缩压油压油配油配油：配油轴配油：配油轴配油返回返回配流轴式径向柱塞泵的结构特点配流轴式径向柱塞泵的结构特点 配流轴配流。因配流轴上与吸、压油窗口对应的方配流轴配流。因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。率较高。 柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。触面比压很小。 可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。 改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量方式多样。方式多样。返回返回斜盘式轴向柱塞泵斜盘式轴向柱塞泵 斜盘式轴向柱塞泵结构斜盘式轴向柱塞泵结构 斜盘式轴向柱塞泵工作原理斜盘式轴向柱塞泵工作原理 斜盘式轴向柱塞泵流量计算斜盘式轴向柱塞泵流量计算 斜盘式轴向柱塞泵的结构特点斜盘式轴向柱塞泵的结构特点斜盘式轴向柱塞泵的结构斜盘式轴向柱塞泵的结构缸体缸体柱塞滑履组柱塞滑履组配流盘配流盘斜盘式轴向柱塞泵的工作原理斜盘式轴向柱塞泵的工作原理 缸体缸体 均布均布Z Z 个柱塞个柱塞孔，分布圆直径为孔，分布圆直径为D D 柱塞滑履组柱塞滑履组 柱塞直柱塞直径为径为d d 斜盘斜盘 相对传动轴倾相对传动轴倾角为角为 配流盘配流盘 传动轴传动轴 空间空间：柱塞缸体内：柱塞缸体内变化变化：柱塞外伸柱塞外伸吸油吸油柱塞内缩柱塞内缩压油压油 配油配油：端面配油：端面配油tanZDn d4qZDtand4zhd4Vv222斜盘式轴向柱塞泵的流量计算斜盘式轴向柱塞泵的流量计算改变斜盘倾角可以改变泵的排量改变斜盘倾角可以改变泵的排量单个柱塞的瞬时流量：单个柱塞的瞬时流量： s=ab=OaOb=D/2tanD/2cos(t) tan =D/2(1-coct)tan 对时间求导得对时间求导得： u=u=d ds s/d/dt=Dt=D/2/2tantansin(sin(t) t)sin(intan2D4du4dq22 故单个柱塞的瞬时流量为故单个柱塞的瞬时流量为： 流量脉动率为流量脉动率为（参考教材中表参考教材中表3-23-2） )(为奇数时当Z)4Ztan(2Z )为偶数时当Z)(4Ztan(2Z 斜盘式轴向柱塞泵的结构特点斜盘式轴向柱塞泵的结构特点 三对摩擦副：柱塞与缸体孔，缸体三对摩擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达较高，额定压力可达31.531.5MPa。 泵体上有泄漏油口。泵体上有泄漏油口。 传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。支承。 为减小瞬时理论流量的脉动性，取为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：柱塞数为奇数：5 5，7 7，9 9。 为防止密闭容积在吸、压油转换时为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。减振孔。斜轴式无铰轴向柱塞泵斜轴式无铰轴向柱塞泵工作原理工作原理 与斜盘式轴向柱塞泵类似，与斜盘式轴向柱塞泵类似，只是缸体轴线与传动轴不在一条直只是缸体轴线与传动轴不在一条直线上，它们之间存在一个摆角线上，它们之间存在一个摆角，柱，柱塞与传动轴之间通过连杆连接。传塞与传动轴之间通过连杆连接。传动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，动轴旋转通过连杆拨动缸体旋转，强制带动柱塞在缸体孔内作往复运强制带动柱塞在缸体孔内作往复运动。动。特点特点 柱塞受力状态较斜盘式好，不柱塞受力状态较斜盘式好，不仅可增大摆角来增大流量，且耐冲仅可增大摆角来增大流量，且耐冲击、寿命长。击、寿命长。第五节第五节 液压泵的选用液压泵的选用 各类液压泵的特点：各类液压泵的特点： 齿轮泵齿轮泵外啮外啮：对油不敏感，结构简单，造价低，脉动大，噪声大：对油不敏感，结构简单，造价低，脉动大，噪声大内啮内啮：对油不敏感，结构简单，造价高，脉动小，噪声小：对油不敏感，结构简单，造价高，脉动小，噪声小 叶片泵叶片泵双作用：双作用：对油敏感，结构紧凑，不可变量，不受径向不平对油敏感，结构紧凑，不可变量，不受径向不平衡力，噪声小衡力，噪声小单作用单作用：可变量，压力低，受径向不平衡力，噪声大：可变量，压力低，受径向不平衡力，噪声大 柱塞泵柱塞泵：压力高，可变量，对油敏感，噪声大：压力高，可变量，对油敏感，噪声大各类液压泵性能比较及应用：各类液压泵性能比较及应用：各类液压泵性能比较及应用（续）：各类液压泵性能比较及应用（续）：第六节第六节 液压马达液压马达 液压马达概述液压马达概述 液压马达分类液压马达分类 液压马达职能符号液压马达职能符号 液压马达主要参数液压马达主要参数液压马达概述液压马达概述 液压马达是将液体压力能转换为机械能液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置的装置, ,输出转矩和转速，是液压系统的输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。执行元件。 液压马达与液压泵在原理上有可逆性，液压马达与液压泵在原理上有可逆性，但因用途不同结构上有些差别：马达要但因用途不同结构上有些差别：马达要求正反转，其结构具有对称性；而泵为求正反转，其结构具有对称性；而泵为了保证其自吸性能，结构上采取了某些了保证其自吸性能，结构上采取了某些措施。措施。液压马达的分类液压马达的分类 n ns s500r/min 500r/min 为高速液压马达为高速液压马达：齿轮马达，叶片：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达。马达，轴向柱塞马达。 n ns s 500r/min 500r/min 为低速液压马达为低速液压马达：径向柱塞马达：径向柱塞马达（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱（单作用连杆型径向柱塞马达，多作用内曲线径向柱塞马达）。塞马达）。齿轮马达齿轮马达叶片马达叶片马达柱塞马达柱塞马达按结构分为按结构分为按转速分为按转速分为齿轮马达齿轮马达 工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口相等，有单独的进出油口相等，有单独的泄油口；泄油口； 为减少摩擦力矩，采用滚为减少摩擦力矩，采用滚动轴承；动轴承； 为减少转矩脉动，齿数较为减少转矩脉动，齿数较泵的齿数多。泵的齿数多。应用应用 由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的由于密封性能差，容积效率较低，不能产生较大的转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高转矩，且瞬时转速和转矩随啮合点而变化，因此仅用于高速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性速小转矩的场合，如工程机械、农业机械及对转矩均匀性要求不高的设备。要求不高的设备。叶片马达叶片马达 工作原理工作原理 结构特点结构特点 进出油口相等，有单独的进出油口相等，有单独的泄油口；泄油口； 叶片径向放置，叶片底部叶片径向放置，叶片底部设置有燕式弹簧；设置有燕式弹簧； 在高低压油腔通入叶片底在高低压油腔通入叶片底部的通路上装有梭阀。部的通路上装有梭阀。应用应用 转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。转动惯量小，反应灵敏，能适应较高频率的换向。但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、但泄漏大，低速时不够稳定。适用于转矩小、转速高、力学性能要求不严格的场合。力学性能要求不严格的场合。柱塞马达柱塞马达 轴向柱塞马达轴向柱塞马达 径向柱塞马达径向柱塞马达 单作用连杆型径向柱塞马达单作用连杆型径向柱塞马达 （低速、大（低速、大转矩马达）转矩马达） 多作用内曲线径向柱塞马达（低速、大转多作用内曲线径向柱塞马达（低速、大转矩马达）矩马达）轴向柱塞马达轴向柱塞马达 工作原理工作原理 结构特点结构特点 轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是互逆的 配流盘为对称结构配流盘为对称结构 应用应用 作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩，作变量马达。改变斜盘倾角，不仅影响马达的转矩， 而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大，产生的转矩 越大，转速越低。越大，转速越低。单作用连杆型径向柱塞马达单作用连杆型径向柱塞马达低速大转矩马达低速大转矩马达 结构组成结构组成 工作原理工作原理 呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。呈五星状（或七星状）的壳体内均匀分布着柱塞缸。 柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。柱塞与连杆铰接，连杆的另一端与曲轴偏心轮外圆接触。高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用高压油进入部分柱塞缸头部，高压油作用在柱塞上的作用力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相力对曲轴旋转中心形成转矩。另外部分柱塞缸与回油口相通。通。 曲轴为输出轴。曲轴为输出轴。 配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低压配流轴随曲轴同步旋转，各柱塞缸依次与高压进油和低压回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。回油相通（配流套不转），保证曲轴连续旋转。 排量公式排量公式 v v =d d 2 2e z / 2e z / 2d d 为柱塞直径；为柱塞直径；e e 为曲轴偏心距；为曲轴偏心距；z z 为柱塞数。为柱塞数。 应用应用 结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也结构简单，工作可靠，可以是壳体固定曲轴旋转，也可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积重可以是曲轴固定壳体旋转（可驱动车轮或卷筒），但体积重量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承或静压量较大，转矩脉动，低速稳定性较差。采用静压支承或静压平衡后最低转速可达平衡后最低转速可达3 r/min3 r/min。多作用内曲线径向柱塞马达多作用内曲线径向柱塞马达低速大转矩马达低速大转矩马达 结构组成结构组成 工作原理工作原理 壳体内环由壳体内环由x x 个导轨曲面组成，个导轨曲面组成，每个曲面分为每个曲面分为a a、b b两个区段；两个区段； 缸体径向均布有缸体径向均布有z z 个柱塞孔，个柱塞孔，柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，柱塞球面头部顶在滚轮组横梁上，使之在缸体径向槽内滑动使之在缸体径向槽内滑动 ； 柱塞、滚轮组成柱塞组件，柱塞、滚轮组成柱塞组件， a a段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转段导轨对柱塞组件的法向反力的切向分力对缸体产生转矩；矩； 配流轴圆周均布配流轴圆周均布2 2x x 个配流窗口，其中个配流窗口，其中x x 个窗口对应于个窗口对应于a a段，段，通高压油，通高压油，x x 个窗口对应于个窗口对应于b b段，通回油（段，通回油（x xz z ) )； 输出轴输出轴 ，缸体与输出轴连成一体。，缸体与输出轴连成一体。 排量公式排量公式 v v = =（d d 2 2/ /4 4）s x y zs x y z 式中：式中： s s 为柱塞行程；为柱塞行程；x x 为作用次数；为作用次数；y y 为柱为柱塞排数；塞排数；z z 为每排柱塞数为每排柱塞数 。 应用应用 转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大，能转矩脉动小，径向力平衡，启动转矩大，能在低速下稳定运转，普遍应用于工程、建筑、起在低速下稳定运转，普遍应用于工程、建筑、起重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。重运输、煤矿、船舶、农业等机械中。液压马达与液压泵的职能符号液压马达与液压泵的职能符号a a单向定量泵单向定量泵 b b单向变量泵单向变量泵 c c 单向定量马达单向定量马达d d单向变量马达单向变量马达 e e双向定量泵双向定量泵 f f双向变量泵双向变量泵 g g双向定量马达双向定量马达 h h双向变量马达双向变量马达液压马达的主要参数液压马达的主要参数 工作压力与额定压力工作压力与额定压力 工作压力工作压力 p p 大小取决于马达负载，马达进出口大小取决于马达负载，马达进出口压力的差值称为马达的压差压力的差值称为马达的压差p p； 额定压力额定压力 p ps s 能使马达连续正常运转的最高压力。能使马达连续正常运转的最高压力。 流量与容积效率流量与容积效率 输入马达的实际流量输入马达的实际流量 q qMq qMtq q 式中式中q qMt为理论流量，马达在没有泄漏时，为理论流量，马达在没有泄漏时， 达到达到转速所需进口流量。转速所需进口流量。 容积效率容积效率Mv v q qMt / / q qM 1 1 q q / / q qM 排量与转速排量与转速 排量排量V V为为MV V等于等于1 1 时输出轴旋转一周所需油液体积。时输出轴旋转一周所需油液体积。 转速转速 n n q qMt t/ / V V q qMMV V / / V V 转矩与机械效率转矩与机械效率 实际输出转矩实际输出转矩 T TT Tt tT T 理论输出转矩理论输出转矩 T Tt tp Vp VMmm/ / 2 2 机械效率机械效率MmmT TM/ /T TMt t 功率与总效率功率与总效率MM P PMo o/ / P PmimiT 2T 2n n/ / p p q qM Mv vM式中式中 P PMo o为马达输出功率，为马达输出功率，P Pmimi为马达输入功率。为马达输入功率。