第一节液压泵与液压马达概述

1、第一节 液压泵和液压马达概述 液压泵的基本原理 液压泵和液压马达的分类 液压泵和液压马达的性能参数 在液压系统中液压泵和液压马达都是能量的转换装置，液压泵将原动机提供的机械能转换为压力能，向系统提供动力；液压马达将液压泵提供的液体压力能转换为机械能，驱动负载工作。 一 液压泵工作的基本原理图3-1-1所示，为单柱塞式液压泵的工作原理图。柱塞、缸体、吸油单向阀、排油单向阀形成了与外界大气隔离的密封工作腔，在复位弹簧的作用下，柱塞始终贴在偏心轮外表面上滑动，当偏心轮在原动机的驱动下，按照图示方向旋转时，柱塞在柱塞缸孔中上下移动，当柱塞在弹簧力的作用下，向下运动时，缸孔和柱塞形成的密封工作腔增大，工

2、作腔内压力吸油单向阀油箱复位弹簧排油单向阀去系统偏心轮柱塞缸体ODe降低，形成一定的真空度，由于系统压力高于大气压力，于是排油单向阀关闭，吸油单向阀在大气压力的推动之下开启，油箱中的液体在大气压力的作用下进入密封工作腔，这就是单柱塞泵的吸油过程。当柱塞在偏心轮的强制作用下，向内缩回时，密封工作腔容积减小，压力上升，当压力高于大气压力后，吸油单向阀关闭，由于液体基本上是不可压缩的，所以，收缩后的密封工作腔，无法容纳原有的液体，于是部分液体将强迫开启排油单向阀，进入系统，这就是单柱塞液压泵的排油过程。当偏心轮连续转动时，柱塞周期性的上下运动，导致密封工作腔周期性的增大和减小，于是单柱塞泵便能够周期

3、性的吸油和排油了。根据单柱塞液压泵的工作原理，可以得出液压泵工作必须满足的三个基本条件： 1 泵工作的首要条件是，必须形成具有密封性的工作腔。 若工作腔不密封，而是与大气直接相通，则无法形成真空，完成吸油，同时，工作腔收缩时液体直接排入大气，而无法形成足够的压力开启排油单向阀，向系统供油。 2密封工作腔能够周而复始的增大和减小，当工作腔增大时，使工作腔与吸油腔相通，当工作腔收缩时，使工作腔与排油腔相通。 3吸排油腔相互隔开并具有良好的密封性。 二 液压泵和液压马达的分类液压泵和液压马达在液压系统中都是能量的转换装置，在能量的转换方向上是互逆的，因而有什么形式的液压泵就有什么形式的液压马达。如果

4、按照转子转动一周，密封工作腔增大和缩小的次数（对于液压泵就是吸、排油次数）进行区分时可以分为：单作用式（转子转动一周进行一次吸油和一次排油）；双作用式（转子转动一周进行两次吸油和两次排油）及多作用式（转子转动一周进行三次以上的吸油和排油）三种形式。根据主要运动件的结构及运动形式可分为：齿轮式、叶片式、轴向柱塞式以及径向柱塞式等形式。液压泵和液压马达根据排量（排量的概念稍后介绍）能否变化可以分为两种， 形式，排量不可变的液压泵或液压马达称为定量泵或定量马达排量可变的液压泵或液压马达称为变量泵或变量马达。例如当单柱塞泵的偏心距e可变，则液压泵的排量可变，则为变量泵。液压泵和液压马达的分类可见图3-

5、1-2连杆式齿轮式叶片式螺杆式轴向柱塞式径向柱塞式外啮合内啮合单作用双作用双螺杆三螺杆斜盘式斜轴式渐开线摆线非通轴通轴单铰双铰无铰静力平衡式多作用式内曲线外曲线液压马达变量型、定量型高速小扭矩低速大扭矩摆动液压泵定量泵变量泵齿轮式叶片式螺杆式轴向柱塞式径向柱塞式外啮合内啮合单作用双作用双螺杆三螺杆斜盘式斜轴式轴配流发配流渐开线摆线非通轴通轴单铰双铰无铰 虽然从原理上讲液压泵和液压马达是可以互逆使用的，但是由于使用目的的不同，导致了液压泵和液压马达在结构细节上的差别，因此通常泵和马达是不能互逆使用的。下面举几个这方面的例子： 三 液压泵和液压马达的性能参数（一）液压泵的主要性能参数 液压泵的性能

6、参数很多，但最为重要的是液压泵的输出参数，液压泵的其他参数都是为了液压泵的输出参数服务的。液压泵的输出参数是压力和流量。 1压力（p）液压泵工作时出口压力由负载决定，单位Pa，常用单位MPa。在液压泵的产品样本上通常有额定压力、最大压力。 额定压力：在正常条件下，根据试验结果推荐的允许连续运行最高压力。额定压力是额定工况中的一个指标，泵的额定工况由额定压力、额定流量和额定转速三个指标组成，液压泵在额定工况下工作时，具有较高的效率和较长的寿命。可见效率和寿命是确定额定工况的的重要指标，当一个工作循环中出现短时间的高压状态时，若以最高压力选择液压泵，一方面会造成系统造价的提高，另一方面高压泵在低压

7、下工作时的效率较低，因此高压泵长期在低压下工作是不经济的，为了使系统设计得更加合理，又出现了最大压力的概念。 最大压力：按照试验标准规定，超过额定压力允许短暂运行的最高压力。最大压力通常由零件的强度和密封能力来限定。 2流量（Q）（1）排量（q）：转子转动一周根据泵或马达的几何尺寸计算而得出的输出液体的体积，称为排量，又称为几何排量或理论排量，即不考虑泄漏损失时转子转动一周排出的液体体积，通常用q表示，单位m3/r（米3/转），常用单位ml/r（毫升/转）。如单柱塞泵偏心轮的偏心量为e，柱塞的直径为D，则泵的排量为212qD e 同一系列的液压泵或液压马达通常根据排量的不同，划分不同规格。 （

8、2）流量：液压泵单位时间输出的液体体积称为泵的流量，用Q表示，单位m3/s（米3/秒），常用单位l/min（升/分）。流量分为理论流量、实际流量；瞬时流量、平均流量以及额定流量。实际流量：实际运行时，液压泵单位时间排出的液体体积。理论流量：根据几何尺寸计算得到的液压泵单位时间排出的液体体积。瞬时流量：液压泵在某一瞬时，单位时间排出的液体体积。由于液压泵的容积变化率通常不为常数，所以液压泵的瞬时流量通常用数学模型或曲线表达。 平均流量：在一段时间内液压泵流量的平均值。额定流量：在正常条件下根据试验结果推荐连续运转必须保证的流量。瞬时流量是泵的性能研究中的重要参数，对于泵的使用者，常用的流量为平均

9、流量（简称流量）和理论平均流量（简称理论流量）。3转速（n）：液压泵的转子单位时间转动的圈数称为泵的转速，液压泵的转速由原动机决定。在液压泵的产品样本上通常还有泵的额定转速和最高转速。额定转速：根据试验结果推荐的允许连续运转的最高转速。最高转速：为保证使用性能和使用寿命所允许短时运行的最大转速。 设排量为q的液压泵在t时间内转子转动了s圈，输出液体体积为V，则液压泵的转速为/minBsnrt液压泵的流量、排量和转速之间的关系为 BBBBnqtSqQ式中 QB液压泵流量，m3/s qB液压泵排量，m3/r； s转子转动圈数，r； t时间，s； nB液压泵转速，r/s。 （二）液压马达的主要性能参

10、数基于最重要的参数是输出参数的基本道理，液压马达最重要的参数是扭矩M和转速n。 1扭矩（M）：液压马达驱动负载所需要的力矩，液压马达的输出扭矩由负载决定。分为实际输出扭矩和理论输出扭矩。 实际输出扭矩：液压马达实际输出的扭矩。理论输出扭矩：不计摩擦损失时，液压马达输出的扭矩。由于摩擦损失的存在，液压马达的理论输出扭矩大于实际输出扭矩。额定输出扭矩：最大输出扭矩2转速：液压马达的转子单位时间转动的圈数称为转速。液压马达的转速与液压马达的流量和排量有关，不计泄漏损失时的关系时为mmmqQn 式中 nm液压马达的转速； Qm液压马达的输入流量； qm液压马达的排量。可见液压马达的输出转速由输入流量和

11、液压马达的排量决定。（三）液压泵和液压马达的功率和效率泵和马达具有相反的能量转换功能。下图所示为不计内部工作过程时的能量转换“流程。”p Qp Qp1Q输 入MBnB输 出MMnM1功率（1）液压泵的功率液压泵输入的是机械能，其输入功率为2BBNM n入式中 N入液压泵的输入功率； MB液压泵的输入扭矩； nB液压泵的输入转速。液压泵输出的是压力能，其输出功率为 NpQ 出pQQpQpNpQpQpN进出出进进出出，所以但0,式中 N出液压泵的输出功率； p液压泵出口和进口压力差； Q液压泵的输出流量。由于液压泵的进口真空度数值与出口压力比较很小，故通常忽略不计，所以常用计算公式为NpQ出式中

12、p液压泵出口压力。 （2）液压马达的功率液压马达输入的是压力能，其输入功率为 MNpQ入回油背压消耗的能量为1Np Q消输出功率为2MMMNM n出不考虑其他能量损失，则122MMMMNNNpQp QMnpQM n入出消式中 p=pp1液压马达的输出力矩是液压马达的一个重要参数，不计摩擦损失时，其大小为1122MQMppqn 2效率效率是损失后的功率与损失前的功率之比，它表征了液压泵和液压马达抵抗能量损失的能力。（1）液压泵能量损失及效率原动机通过泵的输入轴将机械能输入液压泵时，由于泵轴处的轴封的摩擦、转子和定子之间的液体摩擦及轴承的摩擦将产生机械损失。 经机械损失后原动机的扭矩作用在液压泵的

13、转子上，驱动转子旋转，造成液压泵吸油腔出现连续的真空，油箱中的液体在大气压力的推动下流入液压泵的吸油腔；造成排油腔容积连续得收缩，排油腔液体被强迫通过排油扣排入系统。在吸入和排出液体时由于流道断面形状的突然变化等原因，将产生压力损失；在向系统输送高压液体时，由于液压泵相对运动的零件之间存在着配合间隙，一部分液体将通过此间隙泄露而流回低压腔，泄漏将产生容积损失。根据能量损失的原因，似乎用机械效率衡量液压泵抵抗机械损失的能力的物理量，用压力效率衡量液压泵抵抗压力损失的能力和用容积效率衡量液压泵抵抗泄漏的能力是顺理成章的事请了。但是由于除了泄漏量可以较为方便 的通过检测和计算得到以外，机械损失和压力

14、损失均难以检测，往往需要通过总能量损失和容积损失间接的求得机械损失和压力损失之和，于是将机械损失和压力损失合而为一，或者说将压力损失隐含在机械损失之中，用机械损失表示。于是就用机械效率表征抵抗机械损失和压力损失的能力。用容积效率表征抵抗容积损失的能力。液压泵能量损失的过程如下图所示（机械损失发生在液压泵的输入端，压力损失发生在液压泵的吸油口和排油口处，即发生在液压泵的输出端，为了便于计算，压力损失隐含在机械损失中，即假定压力损失发生在液压泵的输入端，泵在输出能量（即吸入液体和排除液体）时，不产生压力损失，因此泵的实际输出压力和理论输出压力相等，液压泵无理论压力和实际压力之分。这种假定虽然与实际

15、不符，但方便了运算，并且不会造成运算的错误，因而在实际中获得广泛地运用） 输入功率2MBnB2MBtnBpQt理论功率输出功率pQ机械摩擦损失压力损失容积损失输入功率理论功率输出功率pQtpQ2MmtnB2MmnB机械摩擦损失压力损失容积损失（a）液压泵的机械效率：机械损失发生在液压泵的输入端，所以液压泵的机械效率为液压泵的理论输出功率与液压泵的实际输入功率之比，即pt2pt1p1p2BBtBvnMpQ2由于液压泵的进口真空度很小，故进口压力常常近似为零，实际运算时液压泵的机械效率为2tBmBBpQM n因为理论输出功率与理论输入功率相等，即，2tBtBpQM n将其代入公式（3-1-12）得

16、BtBmBMM即液压泵的机械效率等于液压泵的理论输入扭矩与液压泵实际输入扭矩之比。 （b）液压泵的容积效率：容积损失发生在液压泵的输出端，所以容积效率为液压泵的实际输出功率和液压泵的理论输入功率之比，即2BBvBtBpQM n因为 2BBvBtBpQM n2BtBBtM npQ，所以BBvBtQQ或 BBtBvBvQQqn即液压泵的容积效率等于液压泵的实际输出流量与理论输出流量之比。 (c)液压泵的总效率:液压泵的总效率等于液压泵的输出功率与输入功率之比 22BtBvBBBvBmBBBTBBmNpQpQNM nMn出入即液压泵的总效率为液压泵的容积效率和机械效率的乘积。 （2）液压马达的能量损

17、失和效率高压油进入液压马达，作用在液压马达的转子上，推动转子带动负载转动，由于转子定子之间的配合间隙，部分液压未参加工作直接泄漏到低压腔，部分液体经外泄漏管路流回油箱，由于泄漏造成了容积损失，可见容积损失发生在液压马达的输入端。高压油作用在转子上推动转子旋转，将压力能转换为机械能对外输出，但是由于支承传动轴的轴承的摩擦阻力、转子定子之间所存在的液体运动时产生的摩擦阻力、轴封的摩擦阻力及流入液压马达和流出液压马达时液体的压力损失造成了产生的能量损失使输出能量进一步减小，这些损失总称为液压马达的机械损失，可见机械损失发生在液压马达的输出端。(a)液压马达的容积效率:液压马达的容积效率为液压马达的理

18、论输出功率与液压马达的实际输入功率之比2MtMMtMtMvMMMMnpQQpQpQQ即液压马达的容积效率等于液压马达的理论输入流量和液压马达的实际输入流量之比。 应当注意液压马达输入流量为QM时，若没有泄漏所产生的转速为理论转速，其值为 qQnMMt由于实际上液压马达存在着泄漏量，所以液压马达的实际输出转速为qQqQnMtMvMM 应强调指出：液压马达输入的压力能经容积损失后成为马达转子所需要的理论功率，所以马达的理论转速为实际流量与排量的比值；马达的实际转速为理论流量与排量的比值；马达的理论功率为 MMtnM2而非 tMMtnM2 （b）液压马达的机械效率：液压马达的机械效率为液压马达的实际

19、输出功率与液压马达的理论输入功率之比 222MMMMMMmMtMtMMtM nM nMpQMnM即液压马达的机械效率等于液压马达的实际输出扭矩与液压马达的理论输出扭矩之比。考虑液压马达的机械损失后液压马达的输出扭矩为12MMtMmMmMMpq （c）液压马达的总效率：液压马达的总效率为液压马达的输出功率与液压马达的输入功率之比22MtMMMMMmMvMmMvMMtMnM npQpQ即液压马达的总效率等于液压马达的机械效率和液压马达的容积效率的乘积。 3液压泵和液压马达的效率分析 （1）液压泵和液压马达的容积效率液压泵的容积效率为 1BBvBtBtQQQQ 液压马达的容积效率为 11MtMvMMtQQQ Q式中 Q泄漏流量。 液