第四章 液压泵.ppt

第四章液压泵和马达 4 1概述4 2齿轮泵4 3叶片泵4 4柱塞泵 重点难点 容积式泵和马达的工作原理 性能参数及计算关系 常用泵和马达典型结构 适用场合 困油 泄漏现象 限量式变量泵的原理 4 1概述 一 液压泵和液压马达的功用二 容积式泵的工作原理三 液压泵和液压马达的主要参数四 液压泵的效率五 液压马达的效率 一 液压泵和液压马达的功用 液压泵将驱动电机的机械能转换为液体压力能 为系统提供压力油液 是系统中的动力元件 马达将液压能转换为机械能 可以实现连续的旋转运动 1 建立足够的压力以克服负载 2 提供稳定的流量以满足执行元件运动速度的要求 二 容积式泵的工作原理 液压泵是靠密封的工作容积发生变化而进行工作的 所以都属于容积式泵 结构 密封容积是如何形成的 工作过程 密封容积是如何变化的 密封容积逐渐增大 形成真空 吸油过程 密封容积逐渐变小 排出油液 排油过程 结论 密封容积的形成是进行能量转换的必要条件 密封容积的变化是吸油 排油的根本原因 泵工作的两个条件 油箱通大气或作用一定压力 配油装置不可少 泵输出压力取决于油液流动时所遇到的阻力大小 流量的建立靠密封容积的变化量和变化速率 容积式液压泵的共同工作原理 液压泵 按结构 液压泵的分类 常用单位 MPa 三 液压泵和马达的主要参数 液压泵压力的性能参数主要有 压力 转速 排量 流量 功率和效率 液压泵压力 额定压力 最高压力 工作压力 在正常工作条件下 按试验标准规定连续运转所允许的最高压力 指泵短时间内所允许超载使用的极限压力 它受泵本身密封性和零件强度等因素的限制 液压泵在实际工作时的输出压力 亦即液压泵出口的压力 泵的输出压力由负载决定 吸入压力 液压泵的安装高度太高或吸油阻力过大时 液压泵的进口压力将因低于极限吸入压力而导致吸油不充分 而在吸油腔产生气穴或气蚀 吸入压力的大小与泵的结构型式有关 液压泵转速 额定转速 最高转速 最低转速 在额定压力下 按试验结果推荐能长时间连续运转并保持较高运行效率的转速 在额定压力下 为保证使用寿命和性能所允许的短暂运行的最高转速 为保证液压泵可靠工作或运行效率不致过低所允许的最低转速 常用单位 容积效率 排量和流量 理论流量 排量 实际流量 额定流量 常用单位 液压泵在不考虑泄漏的情况下 泵轴每转一转所排出的液体体积 又称为理论排量 几何排量 实际运行时 在不同压力下液压泵所排出的流量 液压泵在不考虑泄漏的情况下 单位时间排出的液体体积 又称为理论流量 工程上称空载流量 液压泵在额定压力下工作的实际流量 常用单位 T T Tt qpt q qp 输入功率PsrPsr T 2 nT 输出功率PpoPpo ppqp 理论功率PptPpt 2 nTt ppqpt ppVpnp 机械损失 容积损失 四 液压泵的效率 产生机械损失的原因 产生容积损失的原因 机械摩擦 粘性摩擦 高压腔向低压腔的内泄漏 压力越高 泄漏量越大 机械效率 容积效率 总效率 输入液压功率PMiPMi pMqM 理论功率PMtPMt 2 nMTMt pMqMt pMVMnM 输出机械功率PM TM 2 nMTM qM q qMt TMt T TM 机械损失 容积损失 五 液压马达的效率 机械效率 容积效率 总效率 泵和马达效率计算举例 1 液压泵的输出功率 2 电动机功率 泵和马达效率计算举例 3 马达的输出转速 4 马达的输出转矩和功率 齿轮泵是液压泵中结构最简单的一种泵 它的抗污染能力强 价格最便宜 但一般齿轮泵容积效率较低 轴承上不平衡力大 工作压力不高 齿轮泵的另一个重要缺点是流量脉动大 运行时噪声水平较高 在高压下运行时尤为突出 齿轮泵主要用于低压或噪声水平限制不严的场合 一般机械的润滑泵以及非自吸式泵的辅助泵都采用齿轮泵 4 2齿轮泵 一 外啮合齿轮泵 工作原理 外啮合齿轮泵实物结构 内啮合齿轮泵实物结构 齿轮泵是利用齿轮啮合原理工作的 根据啮合形式不同分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵 一 外啮合齿轮泵 工作原理 泵体 前后端盖 齿轮构成 齿顶与泵体内表面的间隙密封和齿轮啮合线将密封容积分成吸油腔和排油腔 1 密封容积的形成 2 密封容积的变化 轮齿脱开啮合 容积变大 吸油腔吸油 轮齿投入啮合 容积变小 排油腔排油 3 配油方式 直接配油 由于轮齿间槽的体积大于齿部 实际几何排量还要大一些 故以3 33代替上式中的 较接近实际情况 二 齿轮泵的排量和流量 齿轮泵的几何排量等于两齿轮轮齿容积之和 产生流量脉动的原因 危害 三 外啮合齿轮泵的几个问题 了解 容积缩小阶段 油液的压缩性很小 使腔内油液受挤压 产生很高的压力 使机件 如轴承等 受到很大额外负载 容积增大阶段 会造成局部真空 形成气穴 无论是前者或后者 都会产生强烈的噪声 1 困油 卸荷措施 开设卸荷槽的原则 在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽 两槽间距a为最小封闭容积 而使封闭容积由大变小时与压油腔相通 闭死容积由小变大时与吸油腔相通 齿轮泵的困油卸荷槽 齿轮泵的泄漏比较大 泄漏途径 通过齿顶圆和泵体内孔间的径向间隙 通过齿轮端面与端盖之间的轴向间隙 轮齿啮合线处的接触间隙 因此 普通齿轮泵的容积效率比较低 输出压力也不易提高 在高压齿轮泵中 一般都使用轴向间隙补偿装置以减少轴向泄漏 提高其容积效率 2 泄漏 3 径向力不平衡 1 齿轮受到来自压油腔高压油的油压力作用 2 压油腔的油液沿泵体内孔和齿顶圆之间的径向间隙向吸油腔泄漏时 其油压力是递减的 也作用于齿轮上 这两个力联合作用 使齿轮泵的上 下两个齿轮及轴承都受到一个径向不平衡力的作用 液压径向力的平衡措施之一 通过在盖板上开设平衡槽 使它们与低 高压腔相通 产生一个与液压径向力平衡的作用 4 3叶片泵 一 单作用叶片泵 1 工作原理 2 由于转子与定子间存在偏心距e 当转子旋转时 叶片向外伸 密封容积由小变大 形成局部真空 为吸油过程 叶片向里缩 密封容积由大变小 为压油过程 1 由转子 定子 配油盘和叶片组成若干个密封工作腔 3 配油盘把吸 压油腔严格分开 起到配油装置的作用 单作用叶片泵的排量为 V B R e 2 R e 2 4B Re 2 BeD理论流量为 qt 2 BDen实际流量为 式中 R 定子内半径 e 定子与转子的偏心量 B 定子的宽度 D 定子内直径 泵的容积效率 2 单作用叶片泵的排量和流量 1 改变定子和转子之间的偏心距 便可调节泵的输出流量 偏心反向时 吸油压油方向也相反 2 泵的瞬时流量是脉动的 叶片数越多 流量脉动率越小 奇数叶片泵比偶数叶片泵的脉动率小 所以单作用叶片泵的叶片数一般为13或15 3 为减少叶片与定子间的磨损 叶片底部油槽采取在压油区通压力油 在吸油区与吸油腔相通的结构形式 因此叶片的底部和顶部所受的液压力是平衡的 4 为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出 而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角 称后倾角 一般为24 3 单作用叶片泵的特点 二 限压式变量叶片泵 泵的输出压力作用在定子右侧的活塞上 当压力作用在活塞上的力不超过弹簧的预紧力时 泵的输出流量基本不变 当泵的工作压力增加 作用于活塞上的力超过弹簧的预紧力时 定子向左移动 偏心量减小 泵的输出流量减小 当泵压力到达某一数值时 偏心量接近零 泵没有流量输出 三 双作用叶片泵 密封容积的形成 定子曲线 大半径圆弧 小半径圆弧 过渡曲线 图示位置 叶片2 4 6 8 红线位置 将密封容积分成两个吸油腔和两个排油腔 当转子和叶片一起旋转时 由于离心力的作用 叶片紧贴在定子内表面 把定子内表面 转子外表面和两个配流盘形成的空间分割成八块密封容积 双作用叶片泵工作原理 随着转子的旋转 每一块密封容积会周期性地变大和缩小 一转内密封容积变化两个循环 所以密封容积每转内吸油 压油两次 称为双作用泵 双作用使流量增加一倍 流量也相应增加 3 使用 叶片泵主要用于中压 中速 精度要求较高的液压系统中 在机床液压系统中应用广泛 在工程机械中 由于工作环境不清洁 应用较少 4 4柱塞泵 在第一节所述单柱塞泵中 凸轮使泵在半周内吸油 半周内排油 因此泵排出的流量是脉动的 它所驱动的液压缸或液压马达的运动速度是不均匀的 由于柱塞泵压力高 结构紧凑 效率高 流量调节方便 故在需要高压 大流量 大功率的系统中和流量需要调节的场合 如龙门刨床 拉床 液压机 工程机械 矿山冶金机械 船舶上得到广泛的应用 轴向柱塞泵 径向柱塞泵 柱塞的轴线和传动轴的轴线平行 柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直 1 直轴式轴向柱塞泵原理 一 轴向柱塞泵 依靠柱塞在缸体内作往复运动 使密封油腔容积发生变化并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油 当传动轴带着缸体和柱塞一起旋转 图示逆时针 柱塞在缸体内往复运动 在自下而上回转的半周内 柱塞逐渐向外伸出 使密封工作容积增大 形成局部真空 油液通过配油盘的吸油窗口a吸油 在自上而下的半周内 柱塞被斜盘推入缸体 使密封油腔容积减小 将油液从配油盘的压油窗口b排出 泵主体由缸体 配油盘 柱塞和斜盘组成 柱塞沿圆周均匀分布在缸体内 斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度 1 直轴式轴向柱塞泵原理 一 轴向柱塞泵 缸体每转一周 每个柱塞各完成吸 压油一次 2 排量和流量 式中d 柱塞直径 D 柱塞在缸体上的分布直径 Z 柱塞数 n 轴的转速 斜盘倾斜角度 可得 泵的流量及每转排量可通过改变斜盘倾角 而改变 所以轴向柱塞泵可很方便地做成变量泵 柱塞行程 柱塞泵排量 实际输出流量 由于柱塞在缸体孔中运动的速度不是恒速的 因而输出流量是有脉动的 当柱塞数为奇数时 脉动较小 且柱塞数多脉动也较小 因而一般常用的柱塞