第四章 液压泵和液压马达03

2020/5/17,.,第四章液压泵和液压马达,第一节概述第二节液压泵第三节液压马达第四节液压泵中气穴及噪声第五节液压泵的选用,2020/5/17,.,第一节概述,液压泵与液压马达，是液压系统中的能量转换装置。本章主要介绍几种典型的液压泵与液压马达的工作原理、结构特点、性能参数以及应用。一、作用和分类1、作用将原动机输出的机械能转换成压力能，属于动力元件，其功用是给液压系统提供压力油以驱动系统工作。液压泵的输入参量为机械参量(转矩T和转速n)，输出参量为液压参量(压力p和流量q)。,液压泵,2020/5/17,.,第一节概述,将输入的液体压力能转换成工作机构所需要的机械能，属于执行元件，常置于液压系统的输出端，直接或间接驱动负载连续回转而做功。因此，液压马达的输入参量为液压参量(压力p和流量q)，输出参量为机械参量(转矩T和转速n)。2、分类（1）按流量是否可调：定量/变量泵；定量/变量马达。（2）按结构形式：齿轮泵/马达、叶片泵/马达、柱塞泵/马达。同一类型的泵和马达结构上相似，特殊情况下可换用。,液压马达,2020/5/17,.,第一节概述,2、工作原理液压泵和马达靠密封工作腔容积变化工作容积式，以容积式泵为例：,2020/5/17,.,第一节概述,凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去。,2020/5/17,.,第一节概述,二、主要性能参数液压泵的性能参数主要有压力、转速、排量、流量、功率和效率。1、压力,额定压力,最高允许压力,工作压力,吸入压力,2020/5/17,.,第一节概述,2、流量,额定流量,几何/理论流量qt,实际流量q,瞬时理论流量,2020/5/17,.,第一节概述,3、排量一般所指排量即几何排量，用V表示，根据定义可知：qt=v.n4、功率泵：输入功率=转矩X转速输出功率=压力X流量马达：输入功率=压力X流量输出功率=转矩X转速,几何/理论排量V,实际排量,2020/5/17,.,第一节概述,（1）不考虑能量损失泵：=马达：=（2）考虑能量损失（Twqp均为实际量）泵，输入功率：，输出功率：且马达，输入功率：，输出功率：且关于运用公式注意单位：pqTwn的单位分别是：，则功率P的单位为W。,2020/5/17,.,第一节概述,5、效率功率损失分为两部分内泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失容积损失容积效率；因摩擦而造成的转矩上的损失机械损失机械效率。（1）液压泵几何流量qt输出（实际）流量q几何（实际）转矩TtFp；外负载增大，p增大，Fp增大，FpFs，e减小，q减小；p增大，Fp增大，最后e=emin0，流量用以补偿泄漏，所以q=0，p不再增大。,2020/5/17,.,第二节液压泵,(2)qp特性,限压式变量叶片泵的特性曲线,当ppc时，油压的作用力还不能克服弹簧的预压紧力，这时定子的偏心距变，泵的理论流量不变，但由于供油压力增大时，泄漏量增大，实际流量减小，所以流量曲线为AB段；,当p=pc时，B为特性曲线的转折点；当ppc时，弹簧受压缩，定子偏心距减小，使流量降低，如图曲线BC所示。,2020/5/17,.,第二节液压泵,（3）特性曲线的调节改变反馈柱塞的初始位置，可以改变初始偏心距的大小，从而改变了泵的最大输出流量，即使曲线AB段上下平移；改变压力弹簧的预紧力的大小，可以改变Pc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BC的斜率，弹簧刚度增大，BC段的斜率变小，曲线BC段趋于平缓。,2020/5/17,.,第二节液压泵,三、柱塞泵依靠柱塞在缸孔内作往复运动时产生容积变化进行吸压油。按柱塞排列和运动方式不同分：轴向柱塞泵和径向柱塞泵。1、轴向柱塞泵根据结构又分直轴式和斜轴式（1）直轴式轴向柱塞泵工作原理,2020/5/17,.,第二节液压泵,工作原理图：,2020/5/17,.,缸体,柱塞滑履组,配流盘,第二节液压泵,2020/5/17,.,第二节液压泵,组成：斜盘、柱塞、缸体、配油盘、传动轴；工作过程斜盘1和配油盘4不动，传动轴5带动缸体3、柱塞2一起转动；,吸油口,压油口,1斜盘2柱塞3缸体4配流盘5传动轴,2020/5/17,.,第二节液压泵,传动轴旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘4上的配油窗口6吸入。柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘窗口7向外排出。,2020/5/17,.,第二节液压泵,排量和流量若柱塞数目为，柱塞直径为，柱塞孔分布圆直径为，斜盘倾角为，则泵的排量为：泵的输出流量为：柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，数目越多，脉动越小，从结构工艺性和脉动率综合考虑，常取Z=7或Z=9。,2020/5/17,.,第二节液压泵,结构特点分析改变倾角，可以改变排量V，是变量泵；柱塞泵自吸能力差；端面间隙自动补偿。,2020/5/17,.,第二节液压泵,由下图可见，使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。,2020/5/17,.,第二节液压泵,结构举例,直轴式轴向柱塞泵的结构,2020/5/17,.,第二节液压泵,（2）斜轴式轴向柱塞泵工作原理组成：主轴、连杆柱塞、缸体、配油盘。主轴、连杆、柱塞、缸体运动；配油盘静止。柱塞在缸体内作往复运动，实现吸油压油。,2020/5/17,.,第二节液压泵,斜轴式和直轴式相比优缺点斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角较大，变量范围较大；斜轴式连杆球头和主轴盘连接比较牢固，故自吸能力强；结构中多处球面摩擦副，其加工精度要求高，动态相应慢。,2020/5/17,.,第二节液压泵,（3）变量控制机构手动控制直接式手动变量机构伺服式手动变量机构变量机构由缸筒1，活塞2和伺服阀3组成；斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接，利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角；,手动伺服变量机构图,2020/5/17,.,第二节液压泵,当用手柄使伺服阀芯3向下移动时，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞2自身停止运动。同理，当手柄使伺服阀芯3向上移动时，变量活塞向上移动。恒压、恒流量、恒功率控制,2020/5/17,.,第二节液压泵,2、径向柱塞泵根据配有方式：阀配油式、轴配油式、阀轴联合配油式；（1）阀配油式径向柱塞泵利用阀实现吸压油单柱塞式吸油阀5和压油阀6就是配油阀。,2020/5/17,.,第二节液压泵,2或4个柱塞泵，一般采用对置式布置，6个柱塞呈星形布置。（2）轴配油式径向柱塞泵工作原理组成：定子、转子、配油轴、衬套、柱塞；工作过程转子、衬套、柱塞转动，定子和配油轴不动；定子和转子之间存在偏心距；,2020/5/17,.,第二节液压泵,当转子按图示箭头方向旋转时，上半周的柱塞皆往外滑动，通过轴向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑动，通过配流盘向外排油。,在固定不动的配流轴3上，相对于柱塞孔的部位有相互隔开的上下两个配流窗口，该配流窗口又分别通过所在部位的二个轴向孔与泵的吸、排油口连通。,2020/5/17,.,第二节液压泵,2020/5/17,.,第二节液压泵,排量与流量泵的平均排量为：泵的输出流量：为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。,2020/5/17,.,第二节液压泵,（3）径向柱塞泵结构特点分析当移动定子，改变偏心量e的大小时，泵的排量就发生改变；因此，径向柱塞泵可以是单向或双向变量泵；径向柱塞泵结构较复杂，自吸能力差；配流轴受到径向不平衡液压力的作用，易于磨损；轴配油的特点。,2020/5/17,.,第二节液压泵,3、柱塞泵的优缺点柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。柱塞泵柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，配合精度较高，泄漏小、容积效率高；密封性能好，可以在高压下工作；结构复杂，对油液污染较敏感。,2020/5/17,.,第三节液压马达,液压马达是将液体压力能转换为机械能的装置,输出转矩和转速，是液压系统的执行元件。马达的分类ns500r/min为高速（低转矩）液压马达：齿轮马达，叶片马达，轴向柱塞马达；ns500r/min为低速（高转矩）液压马达：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塞马达）。马达和泵在工作原理上是互逆的，当向泵输入压力油时，其轴输出转速和转矩就成为马达。但由于二者的任务和要求有所不同，故在实际结构上只有少数泵能做马达使用。,.,2020/5/17,第三节液压马达,2020/5/17,.,第三节液压马达,1、轴向柱塞式液压马达（1）工作原理组成：斜盘、缸体、柱塞、配油盘、马达轴；其中斜盘和配油盘不转动。,2020/5/17,.,第三节液压马达,工作过程利用斜盘对柱塞的反作用产生转矩。,2020/5/17,.,第三节液压马达,当压力油输入液压马达时，处于压力腔的柱塞被顶出，压在斜盘上，斜盘对柱塞产生反力，该力可分解为轴向分力和垂直于轴向的分力。其中，垂直于轴向的分力使缸体产生转矩。当压力油输入液压马达后，所产生的轴向分力为：使缸体3产生转矩的垂直分力为：,2020/5/17,.,第三节液压马达,单个柱塞产生的瞬时转矩为：液压马达总的输出转矩：R柱塞在缸体的分布圆半径；d柱塞直径；马达总的输出转矩等于处在马达压力腔半圆内各柱塞瞬时转矩的总和。,2020/5/17,.,第三节液压马达,（2）排量和流量和轴向柱塞泵一样；转矩脉动：由于柱塞的瞬时方位角呈周期性变化，液压马达总的输出转矩也周期性变化，所以液压马达输出的转矩是脉动的。,2020/5/17,.,第三节液压马达,2、（多作用内曲线）径向柱塞式液压马达（1）工作原理组成：缸体、柱塞、配油轴、定子、转子、衬套、横梁、滚轮；其中定子和配油轴不转动。,2020/5/17,.,第三节液压马达,工作过程,定子1的内壁有若干段均布的、形状完全相同的曲面组成。每一相同形状的曲面又可分为对称的两边，其中允许柱塞副向外伸的一边称为进油工作段，与它对称的另一边称为排油工作段。,2020/5/17,.,第三节液压马达,利用定子内壁对滚轮的反向作用力的周向分力产生转矩。N为反向作用力，其周向分力F产生转矩T，径向分力与液压力平衡。,2020/5/17,.,第三节液压马达,每个柱塞在液压马达每转中往复的次数等于定子曲面数X，称X为该液压马达的作用次数。Z个柱塞缸孔，每个缸孔的底部都有一配流窗口，并与它的中心配流轴4相配合的配流孔相通。配流轴4中间有进油和回油的孔道，它的配流窗口的位置与导轨曲面的进油工作段和回油工作段的位置相对应，所以在配流轴圆周上有2X个均布配流窗口。（2）排量其中L为柱塞行程，z为柱塞数目，n为曲面段数。,2020/5/17,.,第三节液压马达,3、液压马达主要参数转矩设马达的出口压力为零，入口工作压力为p，排量为V，则马达的理论输出转矩（几何转矩）与泵有相同的表达形式,即：马达的实际输出转矩小于理论输出转矩：转速,2020/5/17,.,第三节液压马达,4、叶片式摆动液压马达（1）单叶片式工作原理,单叶片式,单叶片式,2020/5/17,.,第三节液压马达,摆角可达3000，角速度大，转矩小。（2）双叶片式摆角可达1500，角速度较大，转矩较小。（3）三叶片式摆角可达600，角速度小，转矩大。,2020/5/17,.,第三节液压马达,5、液压泵和液压马达特点总结（1）液压泵的工作特点液压泵的吸油腔压力过低将会产生吸油不足、异常噪声，甚至无法工作。液压泵的工作压力取决于外负载，为了防止压力过高，泵的出口常常要采取限压措施。变量泵可以通过调节排量来改变流量，定量泵只有用改变转速的办法来调节流量。液压泵的流量脉动。液压泵“困油现象”。,2020/5/17,.,第三节液压马达,（2）液压马达的工作特点马达应能正、反运转，因此，就要求液压马达在设计时具有结构上的对称性。当液压马达的惯性负载大、转速高，并要求急速制动或反转时，会产生较高的液压冲击，应在系统中设置必要的安全阀或缓冲阀。由于内部泄漏不可避免，因此将马达的排油口关闭而进行制动时，仍会有缓惯的滑转，所以，需要长时间精确制动时，应另行设置防止滑转的制动器。某些型式的液压马达必须在回油口具有足够的背压才能保证正常工。,2020/5/17,.,第三节液压马达,（3）同一类型泵和马达比较结构上相似，主要区别：马达应能正、反运转，因此就要求液压马达在设计时具有结构上的对称性，而泵无此要求（双向泵除外）。齿轮泵的进油口比吸油口大。泵有自吸能力要求，双向泵常加供油泵。马达作为输出端，调速范围大，最低稳定转速低。,2020/5/17,.,第四节液压泵中气穴及噪声,一、气穴1、产生原因吸油腔低于油液空气分离压分析：取a=1,p1=pa,z1=0,v1=0p2=ps,v2=vs,z2=Hs故：,液压泵,Psvs,pa,HS,2020/5/17,.,第四节液压泵中气穴及噪声,设油液在泵内产生的压力降为，则不产生气穴的条件为：令有效吸入压力头则不产生气穴的条件为：,液压泵,Psvs,pa,HS,2020/5/17,.,第四节液压泵中气穴及噪声,2、避免措施降低吸入高度；采