叶片泵与叶片马达.ppt

第三节叶片泵与叶片马达 叶片泵具有结构紧凑 体积小 重量轻 流量均匀 噪声低 排量可以变化等优点 但其对油液的污染比较敏感 自吸能力不强 结构较齿轮泵复杂 对材质的要求较高 叶片泵常用于工程机械对运动精度要求较高的转向系统 加工精度高的机床液压系统等 叶片泵按排量能否改变 分为定量叶片泵和变量叶片泵两类 定量叶片泵在工作时转子转动一周 任意相邻两叶片所形成的工作容腔吸 排油各两次 因而又称双作用叶片泵 变量叶片泵的转子每转动一周 相邻两叶片所形成的工作容腔吸 排油只一次 所以又称单作用叶片泵 一 双作用叶片泵 一 组成与工作原理如图3 14所示为双作用叶片泵的工作原理图 定子2的内表面由两段大半径的圆弧面 两段小半径圆弧面以及四段过渡曲面组成 转子3与定子同心 转子上铣有叶片槽 槽内装有叶片4 定子与转子两侧有配流盘 配流盘与定子通过定位销定位于泵体上 配流盘上开设两个相对的进油窗口和两个相对的排油窗口 泵壳体上的进 排油口通过两对配流窗口与叶片的工作腔连通 图3 14双作用叶片泵工作原理1 壳体 2 定子 3 转子 4 叶片 转子转动时 叶片随转子转动过程中 在离心力和根部高压油液压力的作用下贴紧定子内表面 并在内表面上滑动 于是叶片将定子 转子和配流盘所围成的空间分割成许多密封工作容腔 当叶片从小半径圆弧经过度曲线向大半经圆弧运动过程 叶片不断向外伸出 两相邻叶片所形成的工作容腔容积不断增大 产生一定的真空度 液压油箱内的油通过配流窗口进入此容腔 实现吸油 当两相邻叶片同时进入大半经圆弧区时 工作容腔脱离吸油窗口而又未与排油窗口相通 容腔容积最大 吸油过程结束 叶片继续转动便进入过渡区向小半径圆弧滑动 由于定子的强制作用叶片向槽内缩回 两相邻叶片所形成的工作容腔容积不断变小 液压油被强迫通过排油配流窗口 排油口进入液压系统 实现排油 当两相邻叶片同时进入小半经圆弧区时 工作容腔脱离排油窗口而又与排油窗口不相通 容腔容积最小 排油过程结束 叶片再继续转动到一周处又会完成一次吸油和一次排油 由此看出 任意两相邻叶片每转动一周即实现两次吸油和两次排油 因而称其为双作用叶片泵 二 双作用叶片泵的排量和流量 从叶片泵的工作原理可知 当叶片每伸缩一次时 每两叶片间油液的排出量等于大半经R圆弧段的容积与小半径r圆弧段的容积差 又因叶片间的容积在转子每转一周中都要变化两次 若叶片个数为z 则双作用叶片泵的单转排量应等于上述容积差的两倍 假设叶片的宽度为b 当忽略叶片本身所占的体积时 双作用叶片泵的排量即为大 小半经圆所围环形容积的两倍 表达式为 叶片泵的排量公式 3 21 实际上叶片占有一定的容积空间 并且沿旋转方向向前倾斜一个角度 其所占空间的容积变化并不起吸排油作用 因此叶片泵的排量要小于上述计算 叶片所占容积 如果不考虑叶片厚度 理论上讲双作用叶片泵无流量脉动 这是因为在压油区位于压油窗口的叶片前后两个工作腔通过配流窗口已连通 形成了一个组合密封工作腔 随着转子的匀速转动 位于大 小半经圆弧处的叶片均在圆弧上滑动 因此组合密封工作容腔的容积变化率是均匀的 实际上由于存在加工误差 两圆弧有不圆度 也不可能完全同心 又因叶片有一定厚度 根部又通入高压油 这也会造成密封容积瞬时变化率不同 引起少量流量脉动 三 双作用叶片泵主要零件的特点 1 定子的过渡曲线定子的内表面的曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线组成的 理想的过渡曲线不仅使叶片在槽内滑动时的径向速度和加速度变化均匀 而且使叶片在过渡曲线与圆弧的交接点处的径向速度无突变 径向加速度无大的突变 如果径向速度有突变 则径向加速度为无穷大 径向惯性力也会无穷大 这样便发生 硬冲 或脱空现象 如果径向加速度突变不大 则径向力也会发生突变但不大 这种情况称为 软冲 目前生产的双作用叶片泵广泛应用综合性能较好等加速等减速曲线 所谓等加速等减速是指当转子速度恒定时 叶片在两段曲线上作径向运动的加速度或减速度值恒定 即径向惯性力恒定 曲线分为两部分 前半部分为等加速曲线 后半部分为等减速曲线 这种曲线允许选用较大的R r值 故在同样的体积下可获得较大的排量 当转速稳定 在该曲线上滑动的叶片数为偶数时 可得到均匀的瞬时流量 这种曲线的缺点是在过渡曲线与圆弧的连接点及过渡曲线的中点加速度有突变 而发生 软冲现象 泵工作时间较长后会在三个软冲点有三道清晰的痕迹 2 叶片的安放角当叶片在压油腔工作时 叶片从过渡曲线上由大半径R圆弧向小半径r圆弧滑动 定子的内表面强行将叶片压入转子槽内 若叶片在转子内径向安放 定子内表面对叶片的反作用力F的方向与叶片成一夹角 即压力角 如图3 18所示 这个力可以分解成两个力 一是使叶片径向运动的分力Fn 另一个是与叶片垂直的分力Ft 图3 18双作用叶片泵的安放角 分力Fn克服叶片底部的液压力和滑动摩擦力使叶片缩回 而Ft则会使叶片产生弯曲 同时使叶片压紧在叶片槽的壁面上 增大了叶片缩回时的摩擦力 使叶片运动不灵活 压力角 越大Ft也越大 当Ft达到一定程度 会造成叶片在槽内运动困难甚至卡死 为了避免压力角过大对叶片运动产生的不利影响 一般将叶片沿旋转方向向前倾斜一个角度 使实际压力角 减小 以减小切向分力对叶片运动的影响 一般取 13 由于叶片是沿旋转方向向前倾斜一个角度安放 所以对已经装配完毕的叶片泵不能反方向旋转 现代又从理论上分析了上述推论存在缺陷 从实践上也证明了当叶片径向放置时叶片泵仍能正常工作 由于沿袭了以前的结构 目前中低压叶片泵多数还是采用叶片槽前倾布置 3 径向液压力由于双作用叶片泵的吸 压油窗口对称布置 作用在转子以及轴承上的径向液压力时平衡的 因此 双作用叶片泵又称卸荷式或平衡式叶片泵 4 端面间隙的自动补偿双作用叶片泵靠排油腔侧的配流盘的背面始终通高压油 使配流盘在液压推力的作用下压向定子 泵的工作压力越高 配流盘越会贴紧定子 并且 当配流盘与定子发生磨损时 可自动补偿转子的端面间隙 四 双作用叶片泵的典型结构 1 YB A B FL系列叶片泵YB A B FL系列叶片泵额定压力一般在7MPa左右 排量从6到36中间有6种规格 YB A B FL 代表单级叶片泵 系列号 A 50系列 B 150系列 C 250系列 代表排量 压力分级 B 2 8MPa 安装方式 F 法兰安装式 J 脚架安装式 油口连接形式 F 法兰连接 L 螺纹连接 图3 19YB A B FL系列叶片泵1 11 轴承 2 6 左右前配流盘 3 后泵盖 4 叶片 5 定子 7 泵体 8 端盖 9 传动轴 10 密封圈 12 螺钉 13 转子 如图3 19所示 前 后配流盘与转子通过定位销定位于泵体上 一般在泵体和前 后配流盘上有两个夹90 角的定位孔 而定子上加工一个定位销孔 生产厂家在组装时可根据需要来装配两种转向的泵 该泵若需反方向旋转 可将定子旋转90 变换定位销的位置 再将转子连同叶片翻转过来组装 叶片沿旋转方向前倾安放 叶片外端背面加工有倒角 可以减少杂质的影响并能使叶片与定子内曲面有良好的接触 前 后配流盘上都对称加工着吸 排油窗口 分别与泵体 泵盖上的吸 排油口连通 高压油可以通过后配流盘上的轴向通孔和环形槽通至各叶片的根部 推动叶片外伸 2 YB1型叶片泵YB1型叶片泵是YB型叶片泵的改进产品 两种泵的零件结构基本相同 只有少数零件作了变动 提高了泵的密封性能和使用寿命 如图3 20所示 其主要由前泵体1 后泵体2 前后配流盘3和6 定子4 转子5 叶片7等零件组成 为了便于装配 配流盘 定子 转子和叶片组装在一起 用两个长螺钉固定 螺钉端部作为定位销插入泵体的定位孔内定位 图3 20YB1型叶片泵1 前泵体 2 后泵体 3 前配流盘 4 定子 5 转子 6 后配流盘 7 叶片 图3 21双作用叶片泵的配流盘 配流盘上对应于叶片根部位置 开有环形槽c 在环形槽内钻有通孔d与配流盘背面的高压油相通 保证叶片根部始终通高压油 配流盘上的两个缺口b为吸油窗口 两个腰形槽a为压油窗口 压油窗口上的三角槽e的主要作用是减少液压冲击 配流盘采用突缘式 小径部分深入前泵体内 在合理位置设置了O形密封圈 这样当配流盘右侧受到液压力作用而贴紧定子 来自动补偿转子的端面间隙 并在配流盘和前泵体一定范围内分开时 仍能保证可靠密封 五 高压叶片泵的特点 随着叶片泵的结构 材料 工艺等方面的不断改进和完善 叶片泵的压力在不断地提高 现在生产的双作用叶片泵的额定压力可达14 21MPa 甚至更高 由前述YB系列叶片泵可知 为保证叶片与定子内表面的紧密接触 叶片根部与高压油相通 在高压区由于叶片顶部也受高压油的作用 叶片两端的液压力可以平衡掉一部分 而在吸油区 只有叶片根部受高压油的作用 这一作用力使叶片压向定子 并且随工作压力的提高压向定子内表面的力也在增大 在高速运转下加速了叶片和定子内表面的磨损 降低了泵的寿命 因此这一问题是影响叶片泵压力提高的主要因素 为了提高叶片泵的压力 除了对有关零件的材料选用和热处理等方面采取措施外 在叶片的结构上也采取了多种卸荷形式 常见高压叶片泵的叶片有以下几种形式 1 双叶片结构如图3 22所示 在转子的每一槽内装有两个叶片 叶片的顶端及两侧边加工有倒角 倒角相对形成V形通道 叶片根部的压力油经V形通道进入顶部 使叶片顶部和根部的液压力基本相等 图3 22双叶片结构1 叶片 2 转子 3 定子 合理设计叶片顶部倒棱的宽度 使叶片顶部的承压面积小于根部的承压面积 达到既可保证叶片与定子内表面贴紧 又不产生过大的压紧力 避免了泵在高压下运转而造成定子内表面的过度磨损 2 子母叶片结构子母叶片又称复合叶片 如图3 23所示 图3 23子母叶片结构1 母叶片 2 转子 3 顶子 4 子叶片 母叶片的根部L腔经转子2上虚线所示的油孔始终和顶部油腔相通 而子叶片4和母叶片间的小腔C通过配流盘经K槽总与压力油接通 在吸油区工作时 母叶片顶部和根部L腔均为低压油 推动母叶片压向定子3的力仅为小腔C的液压力 由于C腔的面积较小 故压紧力也不大 但能保证叶片与定子间的密封 3 柱销式叶片结构如图3 24a所示为空心柱销式叶片结构 图3 24柱销式叶片结构 a 空心柱销 b 实心柱销 1 定子 2 叶片 3 叶片小孔 4 阻尼孔 5 叶片底部容腔 6 柱销 7 环状油室 8 转子 叶片2顶部加工成弧槽 弧槽内钻有两个小孔3通入叶片根部 使叶片顶部与底部容腔5始终相通 在低压区基本不产生压紧力 柱销6沿转子8的半径线方向安装 上端顶在叶片底部 下部嵌在转子的柱销孔内可以相对滑动 柱销下端转子的环状油室7始终与压力油相通 在此液压力的作用下柱销顶着叶片贴紧定子内表面 一般选择柱销截面积为叶片截面积的1 5左右 因此大大减小了叶片在低压区对定子的压紧力 减少了定子内表面的磨损 六 双作用叶片泵的检修 1 拆装注意事项 拆装时应特别注意保持清洁 应使泵的转向符合机械传动要求 因此应注意定位销与泵体的相对位置 叶片沿旋转方向前倾 叶片倒角向后 叶片应装回原槽内 否则应选配 避免叶片与槽的间隙过大或过小 2 叶片泵工作一定时间后 定子低压过渡区会发生磨损 此时可对磨损处进行认真修磨抛光 然后将定子翻转180 重新安装 使定子原来的高低压过渡区互换 以利于泵能更好地工作 二 单作用叶片泵 一 单作用叶片泵的工作原理 如图所示 为单作用叶片泵的工作原理 该泵由转2 定子3 叶片4和配流盘等件组成 单作用叶片泵的定子内表面是一个圆形 转子与定子之间有一个偏心量e 两端的配流盘上只开设一个吸油窗口和一个压油窗口 当转子转动一周时 每一个叶片在转子槽内往复运动一次 每相邻两叶片间的密封容积发生一次增大和缩小 的变化 密封容积增大是通过吸油窗口吸油 容积变小时则通过压油窗口将压力油排入液压系统中去 由于该种泵的转子每转动一周 每两个叶片间的吸 压油作用个一次 故称单作用叶片泵 又因吸 压油区相对 泵的转子所受径向液压力不平衡 因而又称非平衡式叶片泵或非卸荷式叶片泵 因为支撑转子的轴和轴承上承受的径向液压力随工作压力的提高而增大 所以这种泵压力的提高受到了限制 二 单作用叶片泵的排量与流量 如图3 26所示 当单作用叶片泵的转子每转动一周时 每相邻叶片间的密封容积的变化量为V1 V2 若近似地把圆弧AB和CD看作是以中心为O1的圆弧 当定子的内径为D时 AB和CD圆弧的半径分别为 D 2 e 和 D 2 e 图3 26排量计算 经过整理便可得出单作用叶片泵排量的近似表达式为 3 25 假设转子的直径为d 叶片的宽度为b 叶片的个数为z 每相邻两叶片的夹角为 2 z 则泵的排量q为 改变定子与转子的偏心距e 就可改变泵的排量 故单作用叶片泵常做成变量泵 单作用叶片泵的定子内缘和转子的外缘均为圆柱面 并偏心安置 其容积变化是不均匀的 故存在流量脉动 理论分析表明 当叶片数为奇数时流量脉动率较小 因此泵的叶片数一般为13获15 三 单作用叶片泵的结构特点 1 通过改变定子与转子的偏心距 单作用叶片泵可做成多种形式的变量泵 2 为了防止吸 排油腔的沟通 配流盘上吸 压油窗口间密封夹角稍大于两相邻叶片的夹角 当两相邻叶片在此夹角区域运动时 叶片间的容积短时被困且会发生变化 从而产生困油现象 但困油现象不太严重 通过在配流盘压油窗口端部开设三角槽 即可消除困油现象 同时也可减小高 低压转换时的压力冲击 双作用叶片泵的叶片 后倾 端面间隙的自动补偿为了提高压力 减少端面泄漏 将配流盘的外侧与压油腔连通 使配流盘在液压推力作用下压向转子 3 在压油区叶片根部通高压油 而吸油区叶片根部与吸油腔相通 4 由于叶片顶部与根部所受的液压力基本平衡 叶片向外运动主要靠旋转时所受到的惯性力 根据力学分析 叶片后倾一个角度更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出 通常叶片后倾24 角 5 单作用叶片泵的转子上的径向液压力不平衡 传动轴和轴承承受负荷较大 四 变量叶片泵的典型结构 根据调节偏心距的方式变量叶片泵可分为手动式和自动调节式两种 自动调节式根据自动调节后压力和流量的特性又可分为限压式 恒压式和恒流式三种 其中以限压式变量叶片泵应用较广 限压式变量叶片泵的排量是利用压力反馈作用来实现变化的 有内反馈和外反馈式 如图3 27所示为外反馈限压式变量叶片泵的结构 图3 27外反馈限压式变量叶片泵1 转子限位螺钉 2 限压弹簧 3 定子 4 滑块支承 5 反馈油缸活塞 6 调整螺钉 流量 压力特性曲线 调节限位螺钉 qmax变 改变弹簧刚度 pmax变 BC斜率变 改变弹簧的预压缩量 曲线的拐点B变化