第三章-液压泵和液压马达(3)..ppt

第三章液压泵与液压马达,3.3叶片泵3.4柱塞泵,2020年5月1日,密封工作容积由定子的内表面，转子的外表面，相邻的叶片表面及两侧配油盘形成。,3.3叶片泵,3.3.1单作用叶片泵,1.结构及工作原理,结构及特点定子的工作表面是圆柱面，与转子偏心（偏心量e）地安装在轴上，转子上开有槽，叶片装在槽内可滑动。,转子旋转时，叶片在离心力和叶片根部压力油的作用下，其顶部贴紧在定子内表面上。,转子,定子,叶片,3.3叶片泵,泵右边的叶片逐渐伸出密封腔容积变大油液由泵吸油口经配油盘的吸油窗口（虚线槽）进入密封腔吸油。,泵左边的叶片，被定子内表面推入槽内密封腔容积减少腔内油液经配油盘的压油窗口压出输出压力油。,单作用叶片泵工作原理,每个叶片在槽中滑动时，保证了封油区将吸油区和压油区隔离。,当转子按图示逆时针方向旋转时，定子、配油盘不动。,3.3叶片泵,泵的转子每转一周，每个叶片参与吸油和压油各一次。故称单作用式叶片泵。,单作用泵的工作特点,泵的压油区和吸油区的油压力不平衡，工作中转子受到单向不平衡力的作用。故称非平衡式叶片泵。,泵的排量可随偏心量e变化而变化。故称变量叶片泵。,小结叶片泵的流量qP是e的一次函数，其中D、B是不变值，nP和PV基本是常数，因此，qP取决于偏心量e，即单作用泵为变量泵的理论依据改变e就能改变qP。,3.3叶片泵,2.单作用叶片泵的排量和流量,排量V为油泵密封工作腔数目Z与每个密封腔排油时容积变化量V的乘积。,设定子内径为D，叶片宽度为B，两叶片夹角为，形成的扇形体积为V1和V2，偏心为e。,工作原理当转子按逆时针回转时，定子和配油盘不动：在右上角和左下角处的密封工作腔容积变大吸油区；在左上角和右下角处的密封工作腔容积缩小压油区。每个吸油区和压油区之间有一段封油区将二者分开。,3.3叶片泵,3.3.2双作用式叶片泵,1.双作用叶片泵的工作原理,结构特点定子和转子中心重合，定子内表面由八段曲面组成，近似于椭圆形。两个配油窗口分别接进、出油口，构成两个吸油口和两个压油口。,3.3叶片泵,叶片泵的转子每转一周，每个密封工作腔吸油、压油各两次。故称双作用式叶片泵。,工作特点,双作用叶片泵的两个吸油区、压油区对称分布，作用在转子上的液压作用力径向平衡。故称平衡式叶片泵。,除了螺杆泵，双作用叶片泵是各类泵中脉动量最小的。,双作用叶片泵的排量V不可改变。故称定量叶片泵。,3.3叶片泵,2.双作用式叶片泵的流量,设定子大圆弧半径为R，定子小圆弧半径为r，叶片宽度为B，叶片数（密封工作腔数）为Z，则,（1）不考虑叶片厚度和倾角的影响,泵的流量为,泵的排量为,注此计算式用于有些泵工作时，其叶片根部槽也相应地吸油和压油，输出的油液，正好可补偿叶片厚度所造成的排量损失。,3.3叶片泵,实际叶片的厚度所占空间不起输油作用。设叶片厚度为S，叶片的倾角为，则转子每转因叶片所占体积造成的排量损失为,（2）考虑叶片厚度和倾角的影响,双作用叶片泵的排量为,泵实际输出流量为,3.3叶片泵,单作用叶片泵的转子相对定子有一偏心距e，泵轴旋转时，e使密封工作容积产生变化。改变e的大小，可改变泵的排量。,叶片泵的变量方式固定转子中心，借助于液压力的作用，移动定子中心移动来改变偏心距e，实现变量。,叶片泵的分类按液压力的作用方式分为内反馈限压式变量叶片泵，外反馈限压式变量叶片泵,3.3.3限压式变量叶片泵,变量叶片泵的原理利用负载压力的变化，来实现输出流量的自动变量。,3.3叶片泵,1.内反馈限压式变量泵,如图泵转子中心O1固定，定子可左右移动。在弹簧的作用下，定子被推向右移，使定子中心与转子中心有一初始最大偏心emax。,由于该泵配油盘的偏转放置，于是泵的压油区对定子的液压作用力F与y轴偏离一个角，使作用力F的水平分量F2对定子左边的弹簧产生作用。,结构特点,3.3叶片泵,当压油腔的压力升高，F2力足以克服弹簧的预压缩力时，定子将由最大偏心emax向着e减小的方向移动，则泵的排量减小。,随着压油腔压力继续升高，偏心e不断减小，当e接近零时，泵的排量为零，此时压油腔的压力为pc=pmax，泵的压力不再升高，即限定为最高压力，故为内反馈限压式变量泵。,工作原理,当转子旋转时，转子下半部为吸油区，上半部为压油区，泵的压油腔与反馈柱塞的油腔相通，油压力相等。,3.3叶片泵,2.外反馈限压式变量泵,外反馈限压式变量叶片泵由泵腔外控制活塞上的液压力作用于定子上，改变定子的偏心e，实现压力补偿。,首先定子在压力弹簧预紧力Fs的作用下移向右端，紧靠在反馈柱塞的端面上定位。此时，定子和转子的偏心距为初始偏心距e0=eemax,（1）工作原理,泵出口压力pP增大，泵偏心产生的流量全部用于补偿泄漏时，泵输出qP=0。此时不管外负载再怎样加大，泵的输出压力不会再升高，故称外反馈限压式变量泵。,3.3叶片泵,若泵压油腔压力为pP，反馈柱塞的支承面积为Ax，则作用于定子右端的反馈力为pPAx。,pPAxFs，反馈力克服弹簧预紧力，推定子左移，e0减小到ex，泵输出qP减少。泵的pP越高，ex越小，泵输出qP越少。,BC段pPAxFs，定子左移，泵的e减小，qP减小，压力增大，泄漏增多，泵的流量全部用于弥补泄漏量时，实际输出qP0。这时定子、转子之间维持很小的偏心距emin，泵输出压力不再升高，被限制在最大值pc=pmax。,3.3叶片泵,（2）限压式变量泵的特性曲线,特性曲线分析,AB段反馈作用力pPAxFs，泵的e0=emax，qp=qmax。随着压力增加，泄漏增加，AB段随压力pP增加略有下降,B拐点pPAx=Fs，pP=pb（pb为预调压力），此时定子处于要移动的临界状态。,3.3叶片泵,影响曲线的因素,改变反馈柱塞的初始位置，可以改变初始偏心距e0的大小，从而改变泵的最大输出流量，使曲线AB段上下平移。,改变压力弹簧的预紧力Fs的大小，可以改变弹簧预调压力pb（pp=Fs/As）的大小，使曲线拐点B左右平移。,改变压力弹簧的刚度，可以改变曲线BC段的斜率。弹簧刚度增大，BC段的斜率变小，使曲线BC段趋向平稳。,3.3叶片泵,限压式变量叶片泵的优缺点和应用,泵的流量能由负载的大小自动调节流量，在低压时流量大，高压时流量小，适应负载速度变化的要求，功率使用合理。特别适合驱动快速推力小、慢速推力大的机械设备。例如用于实现组合机床滑台的快速进给工作进给快速退回的自动循环运动；夹紧机构的夹紧、保压等功能。,与定量叶片泵相比：结构复杂，相对运动的部件多，轴上受不平衡的径向液压力影响，噪声及流量脉动较大。,3.3叶片泵,例3-4用实线画出YBP限压式变量叶片泵的流量-压力特性曲线。根据实际工况对该泵进行调节：增大限压弹簧预紧力Fs，且减小定子与转子间的偏心距emax，简述特性曲线有何变化，并用虚线画出。此时如何确定油泵的驱动功率？,解画出泵的流量-压力特性曲线,减小定子与转子间的偏心距emax，泵的特性曲线AB段向下平移；增大限压弹簧预紧力Fs，特性曲线BC段向右平移。,在曲线AB和BC段的交点B处得出p，q，则泵需要的最大驱动功率为,3.4柱塞泵,结构特点柱塞泵依靠柱塞在缸内作往复直线运动，促使密封工作腔的容积变化，实现吸油和压油。泵的柱塞和缸体为圆柱面，加工方便，配合精度较高，密封性能好，容积效率高，工作压力高。改变柱塞的工作行程可方便地改变泵的排量，实现变量。,分类按柱塞的布置方式和运动方向不同分有轴向柱塞泵、径向柱塞泵。,3.4.1径向柱塞泵,1.结构及工作原理,结构泵由柱塞、缸体（转子）2、传动轴3、定子和配油轴等组成。转子与定子偏心，柱塞径向安装在转子中，转子与柱塞一起旋转，柱塞在离心力作用下顶紧定子内壁。,3.4柱塞泵,工作原理当转子连同柱塞旋转时，右半柱塞往外滑动，柱塞底部的密封工作腔的容积逐渐增大，通过配流轴轴向孔吸油；左半柱塞往里滑动，柱塞底部的密封工作腔减小，通过配流轴轴向孔压油。转子每转一周，柱塞在缸体孔内吸油、压油各一次。转子不断旋转，就能连续吸油和排油。,3.4柱塞泵,2.排量和流量计算,3.4柱塞泵,当柱塞的运动行程为2e，柱塞数为Z，柱塞直径为d时，,泵的流量为,因柱塞在缸体中移动的速度是变化的，各柱塞的移动速度也不相同，故径向柱塞泵的瞬时流量是脉动的。,为减小流量脉动，径向柱塞泵的柱塞数应为奇数。,泵的排量为,径向柱塞泵径向尺寸大，转动惯量大，配流轴受径向不平衡液压力作用，易于磨损。又存在瞬时流量脉动，限制了泵转速与压力的提高，故应用范围较小。通常用于拉床、压力机或船舶等大功率系统。,移动定子改变偏心距e的大小，可改变泵的排量。改变偏心距e的方向，可互换泵吸油腔、压油腔。径向柱塞泵可以制成单向或双向变量泵。,3.小结,3.4柱塞泵,3.4.2轴向柱塞泵,1.轴向柱塞泵的工作原理,结构泵的传动轴1和缸体4固连在一起，缸体的圆周上均匀布置着多个轴向柱塞孔，柱塞3在孔内可以自由滑动。斜盘2的轴线与传动轴呈角。,泵的柱塞依靠机械装置（如弹簧）或底部的低压油作用，其球形端部紧压在斜盘上。通过斜盘使柱塞相对缸体作往复运动。,3.4柱塞泵,3.4柱塞泵,柱塞自下而上回转，从缸孔中逐渐向外伸出。柱塞端面与缸体内孔围成的密封工作腔容积不断扩大，油液通过进油窗口a吸入。,轴向柱塞泵的工作原理,柱塞自上而下回转，并向缸孔内逐渐缩回，泵密封工作腔容积不断减小，将油液从配油窗口b向外压出。,缸体每旋转一周，每个柱塞吸油、压油一次。,当传动轴带动缸体按顺时针回转时，斜盘和配油盘不动。,改变斜盘倾角大小可改变泵的排量。改变倾斜盘的倾斜方向，泵回转不变，可使泵进、出油口互换，成为双向变量泵。,泵配油盘上的封油区宽度l与柱塞底部的通油口长度l1不能相差太大，避免困油严重。在油窗的靠近封油区处开有小三角槽卸载，以避免引起冲击和噪声。,轴向柱塞泵结构的其它要求,由工作原理知，斜盘相对缸体倾斜使柱塞在缸体内作往复运动。,3.4柱塞泵,2轴向柱塞泵的排量和流量计算,当柱塞的直径为d，柱塞分布圆直径为D，斜盘倾角为，柱塞数为Z时，柱塞的行程为,泵的排量为,泵的流量为,结论当泵的结构和转速一定时，改变斜盘倾角，可改变柱塞往复行程的大小，而改变泵的排量。,3.4柱塞泵,不足泵对油液污染很敏感，一般需要精过滤。泵没有自吸能力，需要加设辅助设备、回程盘、返回弹簧或低压泵提供压力油强行将柱塞推出。,优点轴向柱塞泵的结构紧凑，径向尺寸小，重量轻，转动惯量小，易于实现变量；压力高，速度高，具有较高容积效率。,应用柱塞泵广泛用于高压、大流量、大功率的液压系统和流量需要调节的场合，如龙门刨床、拉床、冶金、锻压、工程机械、起重机械、矿山机械、船舶机械等。,3轴向柱塞泵的优缺点及应用,3.4柱塞泵,例3-5从A-A剖视图看，缸体是逆时针旋转，试说明哪个配油窗口通吸油腔、哪个是排油窗口？为什么？,解：a窗口通排油腔，b窗口通吸油腔。因为缸体是向纸内旋转的，a窗口对应密封容积减小是排油过程，b窗口对应密封容积增大是吸油过程。,3.5液压泵的选用,3.5液压