叶片泵工作原理及应用

第三节叶片泵 叶片泵按叶片在泵轴每转过程中在叶片小室的吸排油次数可分为单作用叶片泵 双作用叶片泵和多作用叶片泵 按排量是否可变 分为定量泵和变量泵 按叶片设置的部位不同 分为普遍叶片泵 叶片在转子上 和凸轮转子叶片泵 叶片在定子上 按压力等级不同 分为中低压叶片泵 7MPa以下 中高压叶片泵 16MPa以下 和高压叶片泵 20 30MPa以下 一 单作用叶片泵 1 单作用叶片泵的工作原理 图1双作用叶片泵工作原理 1 压油口2 转子3 定子4 叶片5 吸油口 叶片泵的工作原理如图1所示 泵的结构包括 转子 定子 叶片 配油盘和端盖等 定子的内表面是圆柱形孔 转子和定子之间存在偏心 1 单作用叶片泵的工作原理 图1双作用叶片泵工作原理 1 压油口2 转子3 定子4 叶片5 吸油口 叶片在转子的槽内可以灵活滑动 在转子转动时的离心力以及通入叶片根部压力油的作用下 叶片顶部贴紧在定子内表面上 相邻叶片 配油盘 定子和转子间形成一个个密闭的工作腔 1 单作用叶片泵的工作原理 图1双作用叶片泵工作原理 1 压油口2 转子3 定子4 叶片5 吸油口 当转子按逆时针方向旋转时 图示中泵右侧的叶片会向外伸出 密封工作腔容积逐渐增大 产生真空 于是通过吸油口5和配油盘上的窗口将油吸入 1 单作用叶片泵的工作原理 图1双作用叶片泵工作原理 1 压油口2 转子3 定子4 叶片5 吸油口 在图示泵的左侧 叶片往内收缩 密封腔的容积逐渐缩小 密封腔中的油液经配油盘的另一窗口和压油口1被压出而送入系统中 1 单作用叶片泵的工作原理 图1双作用叶片泵工作原理 1 压油口2 转子3 定子4 叶片5 吸油口 单作用泵的结构特点 1 转子和定子间存在偏心 2 泵在转子转一转的过程中 吸压油各一次 3 转子受到径向液压不平衡作用力 故又称非平衡式泵 1 单作用叶片泵的工作原理 图1双作用叶片泵工作原理 1 压油口2 转子3 定子4 叶片5 吸油口 单作用泵的结构特点 4 改变转子和定子间的偏心距 可以改变泵的排量 故单作用叶片泵都是变量泵 2 排量与流量计算 单作用叶片泵的排量Vp近似等于两相邻叶片间密封容积的最大值与最小值之差乘以叶片数 如计算简图示 则有 式中 B 叶片宽度D 定子内径e 偏心距 单作用叶片泵排量计算简图 2 排量与流量计算 由上式可以得到单作用叶片泵的实际输出流量为 式中 n 泵的转速 V 泵的容积效率 2 排量与流量计算 单作用叶片泵的瞬时流量是脉动的 泵内叶片数越多 流量脉动率越小 此外 奇数叶片泵的脉动率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片或15片 3 外反馈限压式变量泵及其工作原理 如图所示为一种单作用叶片泵典型结构 外反馈式限压式变量叶片泵 3 外反馈限压式变量泵及其工作原理 图3 3 2外反馈限压式变量叶片泵工作原理1 变量活塞2 调节弹簧3 压力调节螺钉4 流量调节螺钉 在定子的右侧作用有一调节弹簧 弹性系数为k 预压缩量为X0 在定子的左侧有一控制活塞 有效作用面积为A 控制活塞油室通泵的出口压力为P 作用在控制活塞上的液压力F pA 弹簧弹力为Ft kX0 3 外反馈限压式变量泵及其工作原理 图3 3 2外反馈限压式变量叶片泵工作原理1 变量活塞2 调节弹簧3 压力调节螺钉4 流量调节螺钉 当F Ft 定子处于左极限位置 偏心距最大 泵输出流量最大 当泵的出口压力p增大 定子将向着使偏心减小的右方向移动 设位移为x 则弹簧弹力增加到Ft k x x0 当弹簧弹力与液压力平衡时 定子和转子的偏心量e emax x 泵输出流量最小 3 外反馈限压式变量泵及其工作原理 图3 3 3为压力流量特性曲线 途中B点为拐点 对应压力pB kx0 A 在AB段 作用在控制活塞上的液压力小于弹簧的预压紧力 定子的偏心量最大 泵的输出流量最大 随着输出压力增大 泵的泄漏量增加 泵的实际输出量较小 因此AB段下倾 3 外反馈限压式变量泵及其工作原理 BC段是泵的变量段 泵的实际输出流量随工作压力额增加而迅速减小 调节限压式变量叶片泵的流量调节螺钉 可改变其最大偏心距 从而改变泵的最大输出流量 调节泵的压力调节螺钉 可以改变pB的大小 使曲线BC段左右移动 改变弹簧的刚度 可以改变BC段的斜率 刚度越大 曲线越平缓 越小 曲线越陡 二 双作用叶片泵 一 双作用叶片泵的工作原理 图3 3 4双作用叶片泵工作原理1 定子2 压油口3 转子4 叶片5 吸油口 作用原理跟单作用叶片泵相似 不同之处在于定子表面由两段长半径圆弧 两段短半径圆弧和四段过渡曲线等八个部分组成 且定子和转子式同心的 一 双作用叶片泵的工作原理 图3 3 4双作用叶片泵工作原理1 定子2 压油口3 转子4 叶片5 吸油口 当转子转动时 叶片在离心力和底部压力油作用下 在叶片槽内作径向运动并压向定子内表面 由叶片 定子内表面 转子外表面和两侧配油盘组成若干密封空间 一 双作用叶片泵的工作原理 图3 3 4双作用叶片泵工作原理1 定子2 压油口3 转子4 叶片5 吸油口 当转子按图示方向转动时 密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大 为吸油区 在左下角和右上角逐渐减小 为压油区 吸油区与压油区间由一段封油区把它们隔开 二 双作用叶片泵的结构特点 图3 3 4双作用叶片泵工作原理1 定子2 压油口3 转子4 叶片5 吸油口 1 定子和转子是同心的 2 转子每转一周 每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次 所以称为双作用叶片泵 3 泵的两个吸油区和两个压油区径向对称 作用在转子上的液压力径向平衡 所以又称作平衡式叶片泵 三 排量与流量计算 双作用叶片泵的排量为 式中 R r 分别为定子圆弧部分的长短半径 叶片的倾角S 叶片的厚度 三 排量与流量计算 双作用叶片泵的实际流量为 四 叶片与流量脉动关系 叶片泵流量脉动率与叶片数 叶片厚度及叶片在槽内运动的加 减速度成正比 从转子强度与降低流量脉动两方面考虑 叶片数应该越少越好 但叶片数必须同过渡曲线形状匹配 且满足密封容腔的分隔要求 一般取8 18 以12 16为最佳 叶片厚度越薄 对降低流量脉动率越好 但应满足强度和刚度要求 一般取1 8 2 5mm 三 提高叶片泵工作压力的方法 为了保证叶片与定子内表面可靠接触 形成密封容积 使泵正常工作 叶片根部一般通以压力油 当叶片处于排油区时 其顶部受高压作用 叶片靠离心力被甩出贴向定子内表面 当处于吸油区时 顶部为吸油压力 根部为排油压力 这一压差使叶片以很大的压力压向定子内表面 随着运行 这一压差增大 加速了定子内表面吸油区的磨损 因此 为减小定子内表面的磨损及提高工作压力 采用以下措施 1双级叶片泵 在一个泵体内 一根转动轴上连接两组定子和转子 形成两个叶片泵 两个叶片泵为串联形式 即一级泵的排油口也是二级泵的吸油口 从而提高整个泵出油口的压力 两泵之间装有面积比为2 1的定比压力阀 使两泵进出口压差相等 因此 为减小定子内表面的磨损及提高工作压力