第二章 能源装置及辅件

1、第二章 能源装置及辅件第一节 概述一、能源装置的组成液压能源装置：向液压系统输送有一定压力和流量的清洁的工作介质。气源装置：向气动系统输送有一定压力和流量的清洁的压缩空气。液压泵站组成：泵、油箱、和液压辅件（过滤器、温控元件、热交换器、蓄能器、压力表及管件）组成。气源装置组成：空压机、净化存储设备（后冷却器、油水分离器、储气罐、干燥器及输送管道）、气动三联件（分水过滤器、油雾器及减压阀）、必要的辅件。二、对能源装置的基本要求 外观美观，色泽与主机协调 元件排列匀称，调节方便，便于更换元件 节能 工作平稳，振动小，噪声小。 能远程控制 确保工作高度可靠 尽量采用标准元件 减少泄漏 严格监控温度第

2、二节 液压泵 一、液压泵概述液压泵是一种能量转换装置，它把驱动电机的机械能转换成油液的压力能，供液压系统使用。（一）液压泵的工作原理 泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的，而它的输出流量的大小是由密封工作腔的容积变化大小来决定的。 构成液压泵的基本条件: 1)密封的工作腔 2）密封工作腔的容积大小交替变化，增大时与吸油口通，减小时与压油口通。 3）吸油口与压油口不能连通。（二）液压泵的主要性能参数1。液压泵的压力工作压力：指泵出口处实际工作时的压力，大小取决于负载。额定压力：是指泵在正常工作条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。2。液压泵的排量、流量在无泄漏的情况下，泵轴

3、转一转所能排出的液体体积。理论流量：在无泄漏的情况下，单位时间内所能输出的液体体积。3。功率和效率如果不考虑液压泵（液压马达）在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率。式中 为液压泵（液压马达）的理论转矩； 为液压泵（液压马达）的角速度。液压泵（液压马达）在能量转换过程中有损失，因此输出功率小于输入功率。两者间的差值为功率损失，功率损失分为容积损失和机械损失。（1）容积损失是因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩（主要是内泄漏）而造成的流量上的损失。容积效率为泄漏系数。（2）机械损失是指因摩擦而造成的转矩上的损失。对于液压泵，泵实际输入转矩为，用机械效率表示泵的机械损失，有（4-6）液压泵（

4、液压马达）的总效率为输出功率和输入功率之比，（4-8）) 12(2nTTpVnPttttT)22(1ttttVqqqqqqqpkq11k)32(1111VnpkqpktV)42( TTTTTtttm液压泵（液压马达）的总效率为输出功率和输入功率之比 （三）液压泵的特性曲线液压泵的特性曲线是在一定的介质、转速和温度下,通过试验得出的。对于某些工作转速可在一定范围内变化的液压泵或排量可变的液压泵，为了显示整个允许工作转速范围内的全性能特性，常用泵的通用特性曲线表示。（四）液压泵的分类)52(0mViTpqPP二、齿轮泵（一）外啮合齿轮泵（一）外啮合齿轮泵1 1。工作原理。工作原理壳体、端盖和齿轮的

5、各个齿间槽组壳体、端盖和齿轮的各个齿间槽组成了许多密封的工作腔。吸油区成了许多密封的工作腔。吸油区和压油区由相互啮合的轮齿及泵和压油区由相互啮合的轮齿及泵体分隔开。体分隔开。 如图所示，右侧如图所示，右侧 轮齿逐渐脱开，轮齿逐渐脱开， 工作腔容积逐渐工作腔容积逐渐 增大，形成真空。增大，形成真空。 油液进入吸油腔，油液进入吸油腔， 充满齿间槽，带到充满齿间槽，带到 压油腔。压油腔轮压油腔。压油腔轮 齿进入啮合，工作齿进入啮合，工作腔容积逐渐减小，油液被挤出，腔容积逐渐减小，油液被挤出，通过泵出口输出。通过泵出口输出。2 2。排量。排量严格计算：啮合原理；近似计算：严格计算：啮合原理；近似计算：

6、不包括径向间隙容积的不包括径向间隙容积的齿间槽齿间槽容积容积之和；之和；设齿间槽容积等于设齿间槽容积等于轮齿的体积轮齿的体积，齿高为齿高为hw，齿宽为，齿宽为b,考虑到齿间槽容积比轮齿体积稍考虑到齿间槽容积比轮齿体积稍大，取大，取 3.流量脉动流量脉动由于压油腔的由于压油腔的容积变化率不均容积变化率不均匀匀，齿轮泵的，齿轮泵的瞬时流量脉动瞬时流量脉动。流量脉动率流量脉动率：齿数越少，脉动率越大齿数越少，脉动率越大 )62(22bzmbDhVw)72(66. 62bzmV)82(minmaxqqq4.几个突出问题（1）泄漏途径：1.齿轮啮合处间隙； 2. 泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙； 3.齿轮

7、侧面和侧盖板间的端面间隙。（2）径向不平衡力 径向不平衡力的产生； 工作压力越大，径向不平衡力越大； 危害：轴弯曲，齿顶与壳体内表面接触； 加速轴承磨损，降低轴承寿命。 减小径向不平衡力的方法：缩小压油口； 适当增大径向间隙。 （3）困油 平稳工作条件：重叠系数大于1， 两对轮齿同时啮合，一部分油液 被困在两对轮齿所形成的封闭空腔 之间。由图a到b，容积减小，由图b到c，容积增大。减小时，被困油受挤压，产生高压，油液发热，轴承受到额外负载；增大时，局部真空，产生气穴现象。使泵产生震动和噪音，这就是齿轮泵的困油现象。消除困油的方法，在两侧盖板开卸荷槽。提高外啮合齿轮泵的压力措施途径：减少端面间隙

8、。方法：齿轮端面间隙自动补偿。（二）内啮合齿轮泵1.分类：渐开线齿轮泵和摆线齿轮泵。2.工作原理及主要特点：与外啮合齿轮泵相同3.主动轮为小齿轮。4排量计算：齿顶高系数f=1、啮合角的标准渐开线齿轮副的内齿轮泵B:齿宽，mm; m:齿轮模数，摆线齿轮泵e:啮合副的偏心距，mm;z2:内齿轮齿数；D2：内齿轮齿顶圆直径，mm;)92(1075. 0432112zzzmVB)125. 0(222zeBDV32210)125. 0(2zeBDV优点： 结构紧凑，尺寸小，重量轻。磨损小，使用寿命长。流量脉动远比外啮合齿轮泵小，压力脉动和噪声小。容许使用高转速，容积效率较大。摆线齿轮泵结构更简单，重叠系

9、数大，传动平稳，吸油条件更好。缺点：齿型复杂，加工精度高。需要专用设备，造价较贵。（三）齿轮泵的主要性能（1）压力（2）排量（3）转速（4）寿命四、叶片泵（一）单作用叶片泵工作原理1.组成：转子、定子、叶片、配油盘和端盖等。 2.特点： 定子内表面为圆柱孔。转子和定子存在偏心。叶片根部通入压力油。转子转一转，吸油压油各一次，故称单作用叶片泵。转子上有单方向液压不平衡力作用，故称非平衡式泵。改变偏心的大小，可改变泵的排量，为变量泵 3.密封工作腔：相邻叶片、配油盘、定子内壁和转子表面。流量计算实际输出流量： b:叶片宽度；e:转子与定子间的偏心；D:定子内径。流量脉动，叶片数越多，流量脉动率越小

10、。奇数叶片脉动率比偶数叶片的脉动率小。(二)双作用叶片泵 1.工作原理 2.特点：定子内表面是由两段长半径圆弧、 两段短半径圆弧和四段过渡曲线八个部分组成。 转子和定子同心。 转子转一转，每个密封工作腔吸油压油各两 次，故称双作用叶片泵。 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。称为平衡式叶片泵。)112(2VDnbeq流量计算实际输出流量： R和r分别为定子圆弧部分的长短半径；为叶片的倾角；s为叶片的厚度；z为叶片数。)122(cos2)(22221VVVnszrRrRbznVVVnq凸轮转子叶片泵一、凸轮转子叶片泵的工作原理凸轮转子1、定子2、叶片3、传动轴4、吸油口

11、5、排油口6。两段大半径为R的同心圆孤与定子内圆表面形成滑动密封，于是定子和转子之间便形成了两个径向截面为月牙形的空间，当用两块侧板把定子和转子密封起来，这两个月牙形空间便成为独立的密封空间。密封空间的体积并不发生变化。在定子上开设的两个径向滑槽里，安放着叶片，叶片的背部引入高压油，使叶片顶紧转子凸轮表面，在没有建立起油压时，由弹簧力实现顶紧。这样当月牙形空间滑过叶片时，在叶片的前面，空间逐渐减少，油液被排出，在叶片的后面，月牙形空间逐渐增大，油液被吸入。1凸轮转子;2定子;3叶片;4传动轴;5吸油口;6排油口二、凸轮转子叶片泵的瞬时流量当叶片径向放置，厚度为无限薄时，凸轮转子转过 角度，每个

12、叶片排出油的体积如图3-23中影线的面积乘以转子的宽度。因为每个泵都是双作用的，所以转子转过角度，泵1和泵2排出油体积分别为 式中 b-转子的宽度，相位相差的两个泵当其为无穷小时，每个泵的叶片与凸轮表面接触点的向径。 两个泵总排油体积为:两个泵叠加后的瞬时流量为:有厚度叶片影响的瞬时流量公式为凸轮转子叶片泵的平均流量如图3-24所示，凸轮转子和定子之间形成的两个月牙形腔室，每滑过一个叶片，里面的油便被排出一次，吸入一次，即每个泵每转中要排出四个月牙腔中的油。两个泵每转共排出八个月牙腔中的油。于是得泵的平均流量计算公式为 五、结构形式两个凸轮转子6按凸轮曲线错开90装于泵轴1上，并分别套装在两个

13、定子环3内，两定子环之间用隔板5隔开。在定子上相应位置处分别有两个吸油口和压油口。每个定子环上都加工有两个直槽，彼此相隔180。槽内装有能径向滑动的叶片7，在压 油口压力油的作用下，叶片被压在凸轮转子的凸轮曲线表面上。弹簧8的作用是保证在输出压力为零时，仍然可将叶片压在转子上，起到隔开压油腔和吸油腔的目的，提高启动和无负载运转时的性能。由于两个转子互为90安装，弹簧8可绕支点摆动，总是可将两个叶片压紧。每个转子转一圈有两次这样的变化:零输出最大输出零输出，因两个转子互为90，故输出流量经常保持一定，其流量与转角的关系如图3-34所示。1一泵轴 2一泵前盖 3一定子环 4一泵后盖 5一隔板 6泵

14、芯 7一叶片 8弹簧(2)单凸轮转子叶片泵单凸轮转子型叶片泵结构图例。图3-35(a)所示的结构采用了六等分多边形的凸轮转子，定子环泵体上均布有四个叶片槽，槽内均装有能作径向滑动的叶片。叶片在弹簧4和压力油的作用下压在凸轮转子上，并将各自的吸油腔和压油腔隔开，然后通过泵盖5上的孔将各个压油口和吸油口通过内部流道汇总连接起来，构成一个总吸油口和总压油口与外界连接，实现吸、压油。图3-35 (b)中的凸轮转子为三边形凸轮曲线，两个叶片在半圆形弹簧4的作用下压在凸轮转子上，由于凸轮为奇数，存在径向力不平衡的问题，故一般用于中低压。1一定子环（泵体) 2一叶片 3一凸轮转子 4一弹簧 5一泵盖 3.4

15、.4凸轮转子泵的特点 (1)噪声低 泵的噪声基本频率等于油腔数目X每秒转数。在各种类型的泵中，凸轮转子泵的基本频率是最低的，输出流量基本上无脉动。没有困油现象，如果叶片头部采用圆弧形，或者采用图3-36所示的措施：在定子的叶片槽边，铣了一个圆弧，压油腔与吸油腔过渡时没有过渡的封油区间，不存在困油。便于泵轴采用良好的轴承结构，另外凸轮转子长径和定子内孔的滑动配合既起密封作用，又起到了辅助支承的作用，因而凸轮转子和轴不易振动。由于转子径向力平衡，这样就减少了转子高速转动时产生的机械噪声。(2)使用寿命长 凸轮转子泵的压、吸油腔均成双数，并且径向对称分布，与普通双作用叶片泵一样，它的转子上承受的径向

16、力是平衡的，轴承上基本上不受径向载荷；另外这种泵两个凸轮转子上各只压着两个对向的叶片，也比普通叶片泵定子上要压十几片叶片，其数量少得多，而且叶片顶部和根部的受力面积基本上平衡，作用在凸轮转子上的力自然就很小；加上凸轮转子直径较小，线速度不是很高，接触应力小，因而磨损小；如果再对凸轮转子、叶片的材料和热处理作很好的选择和处理，凸轮转子叶片泵的寿命就更长。(3)输出流量均匀，特别是双凸轮转子叶片泵3.5液压泵的安装与维护3.5.1液压泵的安装液压泵安装得是否合理，不仅影响液压系统的工作性能，同时也影响液压泵的使用寿命。1 .液压泵的安装方式液压泵由电动机通过法兰盘或联轴器驱动。液压泵、电动机及其联

17、轴器统称为泵组 ;泵组、油箱组件、滤油器组件等组合而成为液压泵站。2 .液压泵的安装调整( 1 )液压泵的轴伸不能承受径向力和轴向力，不允许用带轮或链轮直接传动，可采用法兰盘、弹性或柔性联轴器与电动机输出轴连接。联轴器的内孔不能有过盈量，装配时不允许用锤敲打，驱动轴端与泵的轴端应保持 510mm的距离。( 2 )泵的轴伸与驱动轴的安装误差为 1 )采用法兰盘连接时，同轴度靠法兰盘上的止口来保证，两轴的同轴度误差不得大于0 .05 mm。2 )采用弹性或柔性联轴器时，两轴的同轴度误差不得大于0.1mm。3 )两轴的角度误差不得超过1。( 3 )泵的吸油管径应大一些，长度应短一些，泵的吸油高度到油

18、箱最低油位的距离不得大于500mm，吸油管内油液流速应低于每秒2m，以免产生气穴现象。管道连接处应密封良好，不得漏油、渗油或吸入空气。3 .试车和运行中的注意事项安装液压泵时，一定要确认泵的旋转方向和进出油口的关系。液压泵的入口、出口和旋转方向，一般在泵上均有标明，不能接反。液压泵启动前，应先往泵的进油口灌油，如果是柱塞泵，还要先向泵壳内灌满油，以便于安全启动。启动液压泵时，一定要先把主溢流阀的调整螺钉松到位，然后按系统结构形式分别调节溢流阀的溢流压力值。对于开式系统，调节溢流阀压力时，换向阀应处于使主油路闭塞，使油只能通过溢流阀溢流。初次开车时，先点动，以确定泵的旋转方向，同时使泵“活动”一

19、下。接着点动的时间延长，如果压力表指针摆动正常，就可以正式启动液压泵。闭式系统通常有补油系统，补油系统的溢流阀未调好前，不能开主泵。开车后，液压泵先在无负荷情况下运转12小时，当证明一切正常后，才能正式投入生产运行。3.5.2液压泵的故障分析 1 .压力不足压力不足的主要原因 ( 1 )电动机转向不对，造成泵不吸油。改变电动机转向即可。( 2 )吸油管或过滤器堵塞。疏通管道、清洗过滤器即可。( 3 )液压泵泄漏严重。这种情况多半由于液压泵的磨损所至。齿轮泵的齿轮端面与泵盖内侧面磨损后，会造成端面间隙过大，这是引起泄漏的主要原因。解决的办法是修磨齿轮端面和泵体端面，保证适当的端面间隙 ( CB型

20、齿轮泵的间隙为0.030.04mm )。叶片泵的定子内表面及叶片顶部、转子与配流盘端面的磨损是最常见的。双作用叶片泵定子内表面的过渡曲线，在吸油区的部分因为受到叶片根部压力油的作用最易磨损。解决办法是 磨损不严重时，可用细砂布修磨，把定子旋转180使用；如果叶片顶部磨损，可把叶片根部做成倒角或圆角，当做新的顶部使用；转子与配流盘端面磨损严重时，也可采用修磨的办法但同时应修磨叶片，保证叶片宽度比转子小0.0050.01mm，还要修磨定子端面，使轴向间隙控制在0.040.07mm范围内。柱塞泵的缸体与配流盘、柱塞与缸孔之间磨损严重时也会造成输出压力不足。解决办法是修磨接触面或更换配流盘和柱塞。此外

21、还应注意紧固连接处的螺钉，严防泄漏。2 .排量不足液压泵前述压力不足的原因也常常是排量不足的原因，此外还有其他原因 ( 1 )液压泵转速不够，使吸流量不足。这种现象往往是由于泵的驱动装置打滑或功率不足所至。( 2 )吸油口漏气，漏气的原因多是管接头处密封不良。( 3 )油箱中油液不足、泵的安装位置过高、油液粘度过高等，都会使吸油困难。( 4 )空气的混入、油液粘度过低或油温过高使泄漏增加，使流量不足。3 .噪声过大流量与压力剧变、发生气穴、机械振动等都会引起液压泵的异常声响。控制噪声的常用方法是 ( 1 )严格防止空气的混入而产生气穴。1 )油箱的油量要充足，油面不能太低，否则会从吸油管吸入空气。2 )进油管的密封性要好。3 )过滤器的过滤能力要强。装在泵的吸油口的过滤器，其过滤能力应为泵流量的两倍以上，压力损失不得超过0.02MPa。( 2 )尽量防止由于装配不良、液压泵管件松动等引起的振动与噪声。4 .温升过高液压泵的温度以不超过65为宜，从使用维护的角度考虑，造成温升过高的原因如下 ( 1 )装配质量没有保证，使相对运动的表面油膜被破坏而形成干摩擦。( 2 )液压泵磨损严重，使泄漏增加、容积效率降低，其损失转化为热能。( 3 )油液被污染，油液粘度过高。污染