浅谈高压叶片泵

1、 July 20051主主 题题浅谈高压叶片泵浅谈高压叶片泵-马文澄马文澄- July 20052目目 录录1， 引言2， 高压叶片泵的类别3， 圆弧头叶片式高压叶片泵简介4， 双叶片式高压叶片泵简介5， 阶梯叶片式高压叶片泵简介6， 母子叶片式高压叶片泵简介7， 弹簧叶片式高压叶片泵简介8， 柱销叶片式高压叶片泵简介9， 定比减压阀式高压叶片泵简介10, 介绍叶片泵高压化的一般特征11, 市场竞争 July 20053引引 言言 应用应用 高压低能耗是现代工业产品的一大特征液压传动与 控制技术的广泛应用； 高速、高压、低噪声液压泵是新一代机床、船舶、冶金、 轻工与工程机械液压系统配套的必需产

2、品； 液压泵是一种将电动机或发动机的旋转机械能转换成容 积式流体能的装置，并通过控制元件来实现液压机械的 自动化或半自动化； 叶片泵因噪声低、寿命长、压力脉动小、自吸性能好而 优越于齿轮泵（外啮合式）和柱塞泵。 发展史发展史 July 20054引引 言言 半个世纪前VICKERS开创了圆形叶片泵（压力70 bar、 排量 7-200 mlrev、转速 600-1800 rpm)，首先应用 于机床液压传动； 为满足二次大战战舰配套需要，VICKERS又发展了方型叶 片泵（压力 105 bar）； 上世纪七十至八十年代，美国、德国、日本等相继研制成 功了弹簧叶片叶片泵、双叶片叶片泵、母子叶片泵、

3、圆 弧头叶片泵、柱销叶片泵和定比减压阀叶片泵等各类中 高压叶片泵（压力 160-210 bar）； 上世纪末，以DENISON为首的柱销式高压叶片泵（压力 240-320 bar、排量5.8-268 mlrev、转速 600-3600 rpm）进入全球液压产品市场，并赢得液压界的关注。 July 20055高压叶片泵的分类高压叶片泵的分类 在油泵零件机械强度足够与油泵密封性可靠的情况下， 叶片泵的高压化取决于叶片与定子这对摩擦付的寿命。 高压叶片泵的分类，则是按卸除部分叶片对定子内曲面 作用力的不同结构形式来区分。 卸除叶片根部的部分负载，减少叶片对定子内曲面接触 比压的不同结构设计，便是各种

4、形式高压叶片泵的类别。 叶片对定子内曲面的接触比 压可用下式表示： p ( b0 t0 ) （kgfcm) b p- kgfcm2 叶片根部与头部之压力差b0 cm P作用的叶片长度t0cm P作用的叶片宽度Nbcm 叶片接触定子的长度 July 20056高压叶片泵的分类高压叶片泵的分类 一般可取 N 24 kgfcm 世界上现有七种高压叶片泵 圆弧头叶片式高压叶片泵 双叶片式高压叶片泵 阶梯叶片式高压叶片泵 母子叶片式高压叶片泵 弹簧叶片式高压叶片泵 柱销叶片式高压叶片泵 定比减压阀式高压叶片泵 July 20057圆弧头叶片式高压叶片泵简介圆弧头叶片式高压叶片泵简介 典型产品典型产品 美

5、国 Eaton Vickers Parker Denison 大连液压件 厂生产的 V10,V20 SDV10,SDV20 单、双联系列叶片 泵(175 bar) 日本 Yuken 的 PV2R 系列叶片泵 (210 bar) 德国 ZF 的动力转向叶片泵（105-140 bar) 大连液 压件厂的动力转向叶片泵 V10F，V20F（105-175 bar) 美国 Sperry Vickers 的专利技术 特征描述特征描述 叶片头部呈圆弧轮廓的矩形高速钢叶片，其厚度一般在 1.4-2.0 mm 。 卸载原理卸载原理 July 20058圆弧头叶片式高压叶片泵简介圆弧头叶片式高压叶片泵简介 圆弧

6、头叶片改善了叶片与定子内曲面的接触状况，由剪 切改成滚压，提高油膜承载能力； 减薄叶片厚度，以增大高速高压下叶片作用于定子内 曲面所允许承受的接触比压。一般取 N 34 kgfcm 该结构可提高工作压力至 140-175 bar。 叶片受力分析叶片受力分析（见图） July 20059圆弧头叶片式高压叶片泵简介圆弧头叶片式高压叶片泵简介 主要优缺点主要优缺点 结构简单，便于加工，制造成本低； 因泵内仅一对滑动摩擦付，油泵运转性能稳定，噪声低； 受许用接触比压值的限制，该结构油泵难以大幅度提高 其最高工作压力。 July 200510双叶片式高压叶片泵简介双叶片式高压叶片泵简介 典型产品典型产品

7、 德国 Bosch Rexroth 的V2系列叶片泵 (175 bar) 德国 Bosch Rexroth 秦川液压件厂的 V4系列变量叶 片泵（160 bar) 该结构是最早投入市场 应用的高压叶片泵， 其技术归 Parker Hannifn 所有。 特征描述特征描述 两片形状相同的带有三 面倒角的叶片， July 200511双叶片式高压叶片泵简介双叶片式高压叶片泵简介 被背靠背地配置在转子槽内； 两叶片相对转子槽侧面的滑动和两叶片相互间的滑动是 油泵内的二对摩擦付。 卸载原理卸载原理 利用两片叶片的三面倒角组成的叶片头部与两侧面的V形 油道，使作用于叶片根部油压同时传递到头部，从而卸 除

8、部分对定子内曲面的顶力； 双叶片式结构的顶力为： P p b0 （ t1 - t2 ） 1/2 p b0 t1 （kgf） 该结构可卸除叶片顶力的一半，故该泵的设计压力较圆 形叶片泵（压力70 bar）提高一倍。t1-cm 叶片宽度t2 1/2 t1-cm p作用的V形油道的倒角宽度 July 200512双叶片式高压叶片泵简介双叶片式高压叶片泵简介 叶片受力分析叶片受力分析（见图） 主要优缺点主要优缺点 结构简单，加工最简易，制造成本低； 因叶片磨损后会减少t2值，从而增加叶片对定子内曲面的 顶力，则加剧其磨损； 通常该设计能升高工作压力至140-175 bar。 July 200513阶梯

9、叶片式高压叶片泵简介阶梯叶片式高压叶片泵简介 典型产品典型产品 航天飞行器液压系统用高速高压叶片泵（转速可达几万 转/分） 特征描述特征描述 呈一级阶梯形的矩形叶片与呈一级反向阶梯形的转子槽 相匹配； 相配的阶梯叶片与阶梯转子 槽间始终存在一个与配油盘 排油沟槽相通的台阶油室。 卸载原理卸载原理 利用叶片与转子槽台阶间的 July 200514阶梯叶片式高压叶片泵简介阶梯叶片式高压叶片泵简介 狭窄压力油室的油，来卸载叶片作用于定子内曲面的顶 力； 阶梯叶片式结构的顶力为： P p b0 t2 （kgf） 该油泵设计的最高压力较圆形叶片泵提高 t1/t2 倍。 叶片受力分析叶片受力分析（见图）t

10、1 -cm 叶片宽度t2 1/n t1 -cm p 作用的狭窄压力油室宽度 July 200515阶梯叶片式高压叶片泵简介阶梯叶片式高压叶片泵简介 主要优缺点主要优缺点 具有最良好的性能稳定性，外形尺寸小，重量轻； 因叶片与转子的阶梯平面间是滑动配合，其需最高的形 状与位置精度，要求提供的机械加工水平也最高； 该结构未能向市场提供商品化产品。 July 200516母子叶片式高压叶片泵简介母子叶片式高压叶片泵简介 典型产品典型产品 美国 Eaton Vickers / 南京金城集团叶片泵分厂/ 广东 广液实业股份有限公司生产的 V系列叶片泵（175 bar） 与 VQ系列叶片泵（207 bar

11、) 日本东京计器的 SQPS系列叶片泵（175 bar） 美国 Sperry Vickers 的专利技术 特征描述特征描述 矩形大叶片称母叶片，其下端 有一个小的矩形凹槽； 矩形小叶片称子叶片，其与母 July 200517母子叶片式高压叶片泵简介母子叶片式高压叶片泵简介 叶片下端凹槽滑配合，厚度与母叶片相同。 卸载原理卸载原理 位于转子槽内作相对滑动的母子叶片，其两者间凹槽所 包络的压力油室内，始终存在着一个与配油盘排油沟槽 相通的油压，卸除了部分叶片作用于定子内曲面的顶力； 母子叶片式结构的顶力为： P p b0 t1 （kgf） 母子叶片结构中， 一般取 b0 （1/31/4）b1， 则

12、该油泵设计的理论压力较圆形叶片泵可提高 3-4 倍。 叶片受力分析叶片受力分析（见图）b0cm 子叶片长度b1cm 母叶片长度 July 200518母子叶片式高压叶片泵简介母子叶片式高压叶片泵简介 主要优缺点主要优缺点 Vickers 母子叶片泵运转性能稳定的STEADY JARLESS， 噪声较低，是较早 在国内获得应用的一种高压叶片泵； 该结构的转子、叶片与双金属配油盘零件加工工艺较复 杂，生产成本较高； 该泵的泵体定位在配油盘上，其连接刚性较差。 July 200519弹簧叶片式高压叶片泵简介弹簧叶片式高压叶片泵简介 典型产品典型产品 美国 Abex-Denison 的TMB, TMC

13、系列叶片泵(140 bar) 特征描述特征描述 矩形叶片的顶面与两侧面为弧形凹槽； 叶片下部一般有3个放置圆柱螺旋弹 簧的座孔； 3个圆柱螺旋弹簧放置在叶片下部的座孔内。 卸载原理卸载原理 该机构是用弹簧力来实现叶片对定子内表面接触比压的 控制； 弹簧叶片因其顶部与两侧的凹槽组成的环形油路，使叶 July 200520弹簧叶片式高压叶片泵简介弹簧叶片式高压叶片泵简介 片始终处于径向或轴向的液力平衡状态； 叶片对定子内表面的顶力，无论是在吸油区、吸-排油区 都是弹簧力加离心力。选择合适的弹簧回弹特性，便能 有效降低接触比压，从而实现高压化。 叶片受力分析叶片受力分析（见图） July 20052

14、1弹簧叶片式高压叶片泵简介弹簧叶片式高压叶片泵简介 主要优缺点主要优缺点 具有在各种低转速场合下能启动的最大优点，工作转速 范围宽 60-2000 rpm； 弹簧叶片式结构的泵既可作油泵用，也可作油马达使用； 该结构泵因受弹簧质量与回弹特性的限制，现已退出高 速高压叶片泵的竞争行列。 July 200522柱销叶片式高压叶片泵简介柱销叶片式高压叶片泵简介 典型产品典型产品 美国 Parker Denison T6/T7系列叶片泵 (T6 280 bar, T7 320 bar) 美国 Eaton Vickers VMQ系列叶片泵 (310 bar) 印度 Veljan Hydrair Ltd

15、的T6系列叶片泵 意大利 atos / 榆次液压件厂 PFE系列叶片泵（300 bar） 意大利 atos PVL变量叶片泵(150 bar). 特征描述特征描述 矩形叶片的顶面与两恻面为弧形 凹槽，叶片头部以双唇口与定子 内曲面接触； July 200523柱销叶片式高压叶片泵简介柱销叶片式高压叶片泵简介 叶片的下端被柱销顶住，叶片数与柱销数相等； 转子槽底部设有一个与柱销滑配的柱销孔。 卸载原理卸载原理 位于转子柱销孔内往复运动的柱销，是被转子两侧面各3 个小孔引进柱销孔底部的油压所顶出，该两侧小孔与配 油盘侧面的排油沟槽相接通，从而利用柱销顶力卸荷了 叶片作用于定子内曲面的顶力； 柱销作

16、用与叶片的顶力为： P p r2 柱销式叶片的顶力可卸载至1/i倍： pr2 r2 一般取 p b1t1 b1t1 i i1/15-1/24rcm 柱销半径 July 200524柱销叶片式高压叶片泵简介柱销叶片式高压叶片泵简介 叶片受力分析叶片受力分析（见图） 主要优缺点主要优缺点 运转性能稳定，可靠性好，使用寿命长； 最具有工业化生产条件与广泛应用的高压低噪声叶片泵； 是目前世界上供应的最高压力（320 bar)、 最高转速 （3600 rpm)、最低噪声（63 db(A)、n1500 p320 bar)和排量最广（5.8-268 ml/r) 的高压叶片泵。 July 200525定比减压

17、阀式高压叶片泵简介定比减压阀式高压叶片泵简介 典型产品典型产品 日本 YUKEN PV11R型叶片泵 (400 bar, 4.6-12.3 ml/r) 特征描述特征描述 油泵端盖上组合有一个定比 减压阀； 定比减压阀的输出油路与将油 压引向转子槽底部（叶片根部） 的配油盘侧面的腰形油槽相连通。 卸载原理卸载原理 利用定比减压阀来控制叶片根部压力，使其在吸油区间 时为吸入压力，在吸入-排出区间时为定比压力，在排 July 200526定比减压阀式高压叶片泵简介定比减压阀式高压叶片泵简介 出区间时则为油泵输出压力； 定比减压阀采用 21 的 减压比，减压阀小滑塞面积 为大滑塞面积的1/2，即无论

18、油泵的输出压力被怎样改变， 都能对叶片根部油压实现定 比减压1/2 ，达到卸荷作用于定子内曲面顶力的目的； 配油盘侧面上设有二次增压区，其一区间与二区间各自 与减压阀的输入口和输出口相通，即进入第一增压区间 （吸入-排出区域）的压力总是1/2 P（100bar200bar）， 进入第二增压区间（吸入-排出区域）的压力总是 P July 200527定比减压阀式高压叶片泵简介定比减压阀式高压叶片泵简介 （200bar或400bar）； 该结构在保持叶片作用于定子内曲面的接触比压在允许 值范围内时，油泵最高压力是原来的2倍。 叶片受力分析叶片受力分析（见图） July 200528定比减压阀式高压

19、叶片泵简介定比减压阀式高压叶片泵简介 主要优缺点主要优缺点 该设计是日本自主开发的超高压叶片泵，较早应用于油 压机； 该结构的径向尺寸较大，适用于小排量高压叶片泵； 定比减压阀本身性能的波动，将直接影响油泵的压力脉 动、噪声与使用寿命。 July 200529叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 一般特征一般特征 各类高压叶片泵在结构设计方面的某些共同之处 例如：组合泵芯与压力补偿配油盘，材料、热处理与表 面处理技术，细齿渐开线花键，螺栓锁紧力矩等。 组合泵芯组合泵芯 双作用叶片泵使用寿命较齿轮泵长，在液压系统洁净情 况下，一般可达5000-10000 小时； 为方便用户在使用现场维修

20、油泵，通常把易损零件：定 子、转子、叶片、配油盘等组合成一个独立泵芯，直接 对损坏油泵快速更换； 不同排量的组合泵芯也可以作为独立商品在市场上出售。 July 200530叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 压力补偿侧板压力补偿侧板 浮动式压力补偿侧板是叶片泵高压化的必备特征 其通常的含义是： 1，依靠油压来压紧配油盘、定子与泵体；（泵芯螺钉仅 用作油泵启动） 2，压力侧板在高压作用下会向转子方向产生微量弹性变 形（约0.005 毫米），以减小轴向间隙，减少平面泄 漏，获得较高容积效率； 3，当系统油压升高，油泵紧固螺栓拉伸时，泵芯在油压 推动下会相应游动，以补偿其拉伸量，确保配油盘

21、压 紧定子，使油泵运行正常。 July 200531叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 浮动式压力补偿侧板的工作可靠条件是： P压 / P推 1.25 P压- 泵内压紧配油盘的油压力 P推- 组装件内推开定子与配油盘的油压力 材料、热处理与表面处理材料、热处理与表面处理 高压叶片泵的材料、热处理与表面处理技术的选择和应 用，是着重于满足泵内的三对摩擦付的抗疲劳强度、抗 咬合性、高耐磨性与刚性等要求。 叶片顶部与定子内曲面摩擦付； 叶片二平面与转子槽两侧面摩擦付； 配油盘侧面与叶片、转子两侧面摩擦付。 July 200532叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 叶片叶片 叶片头

22、部与定子内曲面摩擦付是长期处于200-300的高 温状态，要求材料不得产生退火； 高速钢叶片具有红硬性和高耐磨性，为世界各国普遍采 用的叶片材料； 高速钢叶片需经淬火后三次回火，硬度 HRC61-65。 定子定子 定子内曲面与叶片摩擦付的状况类似于轴承滚道与滚柱的 摩擦，材料常采用真空重融轴承钢；（GCr15、GCr15SiMn) 定子淬火后的硬度 HRC58-62，略底于叶片； 定子材料也有采用 Cr12MoV 模具钢，硬度HRC54-58; July 200533叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 动力转向叶片泵通常采用合金铸铁或粉末冶金的定子， 其硬度为 HRC54-58； P

23、arker Denison T6/T7泵的定子内曲面采用微润滑耐磨 涂层技术（英国表面处理专利技术）来减少其初始磨损。 转子转子 要求能承受由频繁高低压冲击引起的疲劳破坏，以及能 抵挡叶片对转子槽两侧面的强力磨擦； 通常选用冲击指数较大的优质低碳合金钢（12CrNi3、 20CrNiMo)，热处理为渗碳、淬火，使其心部有韧性表面 则具有一定深度的淬硬层。（一般心部硬度 HRC26-38, 表面硬度 HRC56-60) July 200534叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 配油盘配油盘 吸入与压出配油盘的侧面与转子两侧面的摩擦，要求其 具有较好抗咬合性与刚性； 青铜与钢板复合的双金

24、属配油盘，具有最良好的抗咬合 性与刚度，但加工复杂，成本较高。（VQ泵 、V4泵） 高强度灰铸铁配油盘（HT300）表面采用锰基磷酸脂涂层 处理，因成本底，加工方便，现已获得广泛应用。 （T6/T7、PV2R、V10、V20 泵等） 渐开线花键与拧紧力矩渐开线花键与拧紧力矩 渐开线花键渐开线花键 叶片泵转子与轴的定位、传动形式有三种： July 200535叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 整体式连轴转子； 转子与轴以内孔定位，平键传动； 转子与轴以花键定位，花键传动。 连轴转子和以转子孔定位的转子具有较高的定心精度， 被单作用变量叶片泵所采用。 渐开线花键具有自动定心、各齿承载均匀、减少运转中 附加轴向不平衡力和确保轴的有效输出扭矩的特点； 高压叶片泵常用渐开线花键为： SAE 1级精度、平齿根、齿形定心、30或45压力角； 渐开线花键轴的常用材料为高强度中碳合金钢（42CrMo、 40Cr、38CrMoAl)，经调质和花键表面淬火处理，或轴 July 200536叶片泵高压化的一般特征叶片泵高压化的一般特征 整体氮化处理。 拧紧力矩拧紧力矩 高压叶片泵左右泵体紧固螺栓拧紧力矩的规定，可确保 油泵的工作可靠性，防止其结合面渗油和油泵振动噪声。 高压叶片泵紧固螺