液压与气压传动 第2章液压泵

1、 第二章第二章 液压泵液压泵 ( () ) 本章主要内容为 ：一、液压泵的工作原理与性能参数。二、齿轮式(Gear Pumps) 、叶片式(Vane Pumps) 、 柱塞泵(Piston Pumps) 。结构结构性能性能原理原理应用应用学习注意四个要点学习注意四个要点2.1 2.1 概述概述 液压泵是一种能量转换装置，它将机械能转换为液压能，是液压传动系统中的动力元件，由原动机（电动机或柴油机）驱动，为系统提供压力油液。 它们是液压系统的核心元件，其性能好坏将直接它们是液压系统的核心元件，其性能好坏将直接影响到系统是否正常工作。影响到系统是否正常工作。2.1.1 2.1.1 液压泵的工作原理

2、液压泵的工作原理BACO泵吸入泵排出Q 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。561234图 2.1 液压泵的工作 原理液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。液压泵是靠密封容腔容积的变化来工作的。图图2.1 2.1 容积式液压泵工作原理图容积式液压泵工作原理图l l一凸轮；一凸轮；2 2一柱塞；一柱塞；3 3泵体；泵体；4 4弹簧；弹簧；5-5-吸油（单向）阀；吸油（单向）阀；6-6-压油（单向）阀压油（单向）阀（1 1） 在结构上具有一个或多个密封且可以周期性在结构上具有一个或

3、多个密封且可以周期性变化的工作容积；当工作容积增大时，完成吸油过变化的工作容积；当工作容积增大时，完成吸油过程；当工作容积减小时，完成压油过程。液压泵的程；当工作容积减小时，完成压油过程。液压泵的输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其它因素无关。化次数成正比，与其它因素无关。2.1.2 2.1.2 液压泵正常工作的基本条件液压泵正常工作的基本条件 （2 2） 具有相应的配油机构，将吸油过程与排油过具有相应的配油机构，将吸油过程与排油过程分开；并具有良好密封性。程分开；并具有良好密封性。 （3 3） 油箱内液体的绝对压力必须恒等

4、于或大于大油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。气压力。2.1.3 2.1.3 液压泵和液压马达的图形符号液压泵和液压马达的图形符号单向定量双向定量单向变量双向变量泵泵马达马达2.1.4 2.1.4 液压泵的主要参数液压泵的主要参数液压泵的性能参数主要液压泵的性能参数主要有压力、转速、排量、有压力、转速、排量、流量、功率和效率流量、功率和效率 额定压力额定压力p ps s 在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所在正常工作条件下，按试验标准规定连续运转所允许的最高压力。允许的最高压力。（公称压力、铭牌压力）（公称压力、铭牌压力） 最高允许最高允许压力压力p pmaxmax 指泵短时间

5、内所允许超载使用的极限压力，指泵短时间内所允许超载使用的极限压力，它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制。它受泵本身密封性能和零件强度等因素的限制。 工作压力工作压力p p 液压泵在实际工作时的输出压力，亦即液压泵出口的液压泵在实际工作时的输出压力，亦即液压泵出口的压力，泵的输出压力由负载决定。压力，泵的输出压力由负载决定。 吸入压力吸入压力 是指液压泵进口处的压力，当液压泵的安装高度太高是指液压泵进口处的压力，当液压泵的安装高度太高或吸油阻力过大时，液压泵的进口压力将因低于极限或吸油阻力过大时，液压泵的进口压力将因低于极限吸入压力而导致吸油不充分，而在吸油腔产生气穴或吸入压力而导致吸油不充

6、分，而在吸油腔产生气穴或气蚀。吸入压力的大小与泵的结构型式有关。气蚀。吸入压力的大小与泵的结构型式有关。2.1.4.1 液压泵压力液压泵压力（常用单位为（常用单位为MPa） 2.1.4.2 排量和流量 即:指在无泄漏情况下，液压泵单位时间内输出的油液体积。其值等于泵的排量V和泵轴转数n的乘积。 指在无泄漏情况下，液压泵每转所能排出的油液体积。排量的常用单位是（ml/r）。 qt=Vn (2.1)(2.1)指单位时间内液压泵实际输出油液体积.由于工作过程中泵的出口压力不等于零 ，因而存在内部泄漏量 q，（泵的工作压力越高，泄漏量越大）使得泵的实际流量小于泵的理论流量。q=qt-q （2.2）即

7、泵在额定转数和额定压力下输出的实际流量。由于泵存在泄漏，所以泵实际流量和额定流量都小于理论流量。排量排量V V理论流量理论流量q qt t 实际流量实际流量q q 额定流量额定流量q qs s 2.1.4.3 功率实际驱动液压泵所需要的机械功率，由电动机或内燃机给出。 液压泵的输入能量为机械能，其表现为转矩T和转速 ；液压泵的输出能量为液压能，表现为压力p和流量q。液压泵输出的液压功率，即泵的实际流量q与泵的进、出口压差p的乘积。当忽略能量转换及输送过程中的损失时，液压泵的输出功率应该等于输入功率，即泵的理论功率为：式中, 液压泵转动的角速度；Tt液压泵的理论转矩。(2.3)(2.3)(2.4

8、)(2.4)输入功率输入功率 输出功率输出功率理论功率理论功率2.1.4.4 效 率 实际上，液压泵在工作中是有能量损失的，这种损失分为容积损失和机械损失。（1 1）容积效率）容积效率 是液压泵实际流量与理论流量之比，即：（2 2）机械效率）机械效率 指液压泵内流体粘性和机械摩擦造成的转矩损失。机械损失的大小用机械效率表征。 （3 3）总效率）总效率 : : 泵的输出功率与输入功率之比 对液压泵来说，输出压力增大时,泵实际输出的流量减小。vtqqtltlttvqqqqqqq1液压泵的总效率、容积效率和机械效率可以通过实验测得。由图示性能曲线可以看出：容积效率由图示性能曲线可以看出：容积效率 v

9、 v（或实际流量（或实际流量q q）随压力增高而减）随压力增高而减小，压力小，压力p p为零时，泄漏流量为零时，泄漏流量 q q为零，容积效率为零，容积效率 v v=100%=100%，实际流量，实际流量q q等等于理论流量于理论流量q qt t。总效率。总效率 随工作压力增高而增大，且有一个最高值。随工作压力增高而增大，且有一个最高值。 例例 题题 讲讲 解解 例例1 1、某液压泵的工作压力为某液压泵的工作压力为6.3MPa，理论流量为理论流量为 63 Lmin，容积效率容积效率为为0.9，机械效率为机械效率为0.85， 试求试求 （1）液压液压泵输出流量泵输出流量； （2）液压液压泵输出功

10、率泵输出功率； （3）液压液压泵需输入功率泵需输入功率。（1）液压泵输出液压泵输出流量流量 解：解：tvqq根据公式根据公式63 0.956.7 /mintvqql第二章第二章（2 ）液压液压泵输出功率泵输出功率pqP 根据公式根据公式636.3 1056.7 10/605.95PpqKW（3 ）液压泵液压泵需需输入功率输入功率mvrPP根据公式根据公式5.597.780.9 0.85rvmPPKW 第二章第二章2.1.5 液压泵的分类液压泵的分类液压泵液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节而分为定定量泵量泵(Fixed displacem

11、ent pumps(Fixed displacement pumps) )和和变量泵变量泵( (Variable Variable displacement pumpsdisplacement pumps) )两类；两类； 按结构形式可以分为按结构形式可以分为齿轮式齿轮式、叶片式叶片式和和柱塞式柱塞式三大类。三大类。液压马液压马达达也具有相同的形式。也具有相同的形式。按进、出口方向是否可变分为单向泵和双向泵。单向泵只能按进、出口方向是否可变分为单向泵和双向泵。单向泵只能一个方向旋转；双向泵可以变换进、出油口。如双向变量泵一个方向旋转；双向泵可以变换进、出油口。如双向变量泵不仅可以改变泵的转向，

12、而且还可以操纵变量机构来变换进、不仅可以改变泵的转向，而且还可以操纵变量机构来变换进、出油口。出油口。 柱塞液压泵是柱塞液压泵是。由于柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，容易得到高由于柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，容易得到高精度的配合，密封性能好，在高压下工作仍能保持较高精度的配合，密封性能好，在高压下工作仍能保持较高的容积效率和总效率。的容积效率和总效率。根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置根据柱塞的布置和运动方向与传动主轴相对位置的不同，柱塞液压泵可分为的不同，柱塞液压泵可分为和和两两类。类。 轴向柱塞泵轴向柱塞泵柱塞的轴线和传动轴的轴线平行柱塞的轴线和传动轴的轴线平行径向柱塞泵径向柱塞泵柱塞

13、的轴线和传动轴的轴线垂直柱塞的轴线和传动轴的轴线垂直轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类，轴向柱塞泵按其结构不同可分为斜盘式和斜轴式两大类，目前我国生产的三个基本系列为目前我国生产的三个基本系列为CY14-1CY14-1型、型、ZBZB型、型、Z Z* *B B型型, ,并且结构上容易实现无级变量等优点。并且结构上容易实现无级变量等优点。不论在国防工业，民用工业都广泛得到应用，一般在液压不论在国防工业，民用工业都广泛得到应用，一般在液压系统若需高压时，均用它来发挥作用，如龙门刨床、拉床、系统若需高压时，均用它来发挥作用，如龙门刨床、拉床、液压机、起重机械等设备的液压系统。液压机、起

14、重机械等设备的液压系统。斜盘式斜盘式斜轴式斜轴式o轴向式n径向式n 缸体缸体 均布有五均布有五 七个柱塞孔，柱塞七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。底部空间为密闭工作腔。n 柱塞柱塞 其头部滑履与定子内圆接触。其头部滑履与定子内圆接触。n 定子定子 与缸体存在偏心。与缸体存在偏心。n 配流轴配流轴n 传动轴传动轴转子2的中心与定子1的中心之间有一个偏心量e。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。当转子2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

15、向外排油。 径向柱塞泵的工作原理图1-定子；2缸体；3柱塞；4一衬套；5-配油轴 转子的中心与定子的中心之间有一个偏心量e。在固定不动的配流轴上，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。 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。 为了流量脉动率尽可能小，通常采用奇数柱塞数。 径向柱塞泵结构较复杂，自吸能力差，并且配流轴受到径向。不平衡液压力的作用，易于磨损2.2.1.2 径向柱塞泵的排量和流量径向柱塞泵的排量和流量泵的平均排量为：泵的输出流量：vezndq22ezdezd

16、V22224 当径向柱塞泵的转子和定子间的偏心距为e时，柱塞在缸体内孔的行程则为2e。 若柱塞数为Z，则泵的排量:若泵的转速为n，容积效率为pv，则泵的流量为 : 阀配油径向柱塞泵阀配油径向柱塞泵1 1一偏心轮；一偏心轮；2 -2 -柱塞；柱塞；3 -3 -弹簧；弹簧；4 -4 -压油压油阀阀; ; 5 5 吸油阀；吸油阀；6 -6 -滚动轴承滚动轴承2.2.1.3 阀配流径向柱塞泵的工作原理阀配流径向柱塞泵的工作原理 负载敏感变量径向柱塞泵原理图负载敏感变量径向柱塞泵原理图1 1一左变量活塞；一左变量活塞；2 2 定子；定子；3 3 转子；转子；4 4 右变量活塞右变量活塞2.2.1.4 负

17、载敏感变量径向柱塞泵负载敏感变量径向柱塞泵 26 272.2.2 2.2.2 轴向柱塞泵轴向柱塞泵 轴向柱塞泵中的柱塞是轴向排列的。当缸体轴线和传动轴轴线重合时，称为斜盘式轴向柱塞泵；当缸体轴线和传动轴轴线不在一条直线上，而成一个夹角时，称为斜轴式轴向柱塞泵。轴向柱塞泵具有结构紧凑，工作压力高，容易实现变量等优点。2.2.2.1 轴向柱塞泵工作原理轴向柱塞泵工作原理 斜盘式 1传动轴；2一斜盘；3一柱塞；4缸体；5一配油盘 斜盘斜盘(Swash Plate)1(Swash Plate)1和配油盘和配油盘(Valve Plate)4(Valve Plate)4不动，传动轴不动，传动轴(Drive

18、 (Drive Shaft)5Shaft)5带动缸体带动缸体(Cylinder Block)3(Cylinder Block)3、柱塞、柱塞(Piston)2(Piston)2一起转动。一起转动。柱塞2吸油口6缸体3压油口7斜盘1配油盘41.工作原理：工作原理：密密封封容容积积变变化化柱塞和缸体配合而成柱塞和缸体配合而成 在其自下而上回转的半周内的柱塞，在机械装在其自下而上回转的半周内的柱塞，在机械装置的作用下逐渐向外伸出，使缸体孔内密封工置的作用下逐渐向外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增大，产生真空，将油液从配油作腔容积不断增大，产生真空，将油液从配油盘配油窗口盘配油窗口a吸入吸入; 在

19、自上而下的半周内的柱塞被斜盘推着逐渐向在自上而下的半周内的柱塞被斜盘推着逐渐向里缩入，使密封工作腔容积不断减小，将油液里缩入，使密封工作腔容积不断减小，将油液经配油盘配油窗口经配油盘配油窗口b压出。压出。 吸压油口隔开吸压油口隔开配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔配油盘上的封油区及缸体底部的通油孔 缸缸体体逆逆转转若柱塞数目为若柱塞数目为Z Z，柱塞直径，柱塞直径d d，柱塞孔分布圆直径，柱塞孔分布圆直径DD，斜盘倾角，斜盘倾角 ，则泵的排量为，则泵的排量为 ：tan42zDdV 泵的输出流量为泵的输出流量为 ：tan42vzDndq 排量和流量排量和流量 实际上，柱塞轴向移动速度是随缸体转动

20、角度实际上，柱塞轴向移动速度是随缸体转动角度而变化。泵某一而变化。泵某一瞬时输出流量也随瞬时输出流量也随而变化，所以而变化，所以，当柱，当柱塞数塞数z为单数时，脉动较小，为单数时，脉动较小，因此，一般常用的柱塞数视流量大小，取因此，一般常用的柱塞数视流量大小，取7、9或或11个个。大小变化，流量大小变化大小变化，流量大小变化方向变化，输油方向变化方向变化，输油方向变化斜盘式轴向柱塞泵变量原理斜盘式轴向柱塞泵变量原理 斜盘式轴向柱塞泵可作斜盘式轴向柱塞泵可作斜盘与缸体中心线的夹角斜盘与缸体中心线的夹角 = 0 ， q = 0tan42vzDndq 斜盘式轴向柱塞的结构特点斜盘式轴向柱塞的结构特点

21、 Construction Characteristics of Swash Plate Axial Piston Pumps（2）端面间隙的自动补偿）端面间隙的自动补偿 Automatic Compensating of End Face Clearance 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，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，就使随泵的工作压力

22、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。端面间隙得到了自动补偿。 斜盘1柱塞2缸体3配油盘4(1) (1) 柱塞和柱塞孔的加工、装配精度高。柱塞上开设均压槽，以保证轴柱塞和柱塞孔的加工、装配精度高。柱塞上开设均压槽，以保证轴孔的最小间隙和良好的同心度，使泄漏流量减小。孔的最小间隙和良好的同心度，使泄漏流量减小。（3） 滑滑履履的静压支撑结构的静压支撑结构 Piston Shoe and Hydrostatic Backup Construction 12345P滑靴的静压支承原理 为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一部

23、装一滑履滑履。 滑履是按静压轴承原理设计的，缸体中的滑履是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。了柱塞头部和斜盘的接触情况。 使用这种结构的轴向柱塞泵压力可达使用这种结构的轴向柱塞泵压力可达32MPa32MPa以上，流量也可以很大以上，流量也可以很大。(4) (4) 轴向柱塞泵没有自吸能力。靠加设辅助设备，采用回程盘或在每个柱轴向柱塞泵没有自吸能力。靠加设辅助设备，采用回程盘或在每个柱塞后加返回弹簧，也可在柱塞泵前安装一个辅助泵提供低压油液强行将柱塞后加返回弹簧，也可在柱塞泵前安装一个辅助泵提供低压油液强行将柱塞推出，以便吸油充分。塞推出，以便吸油充分。（5）变量机构）变量机构 Variable Displacement Mechanism 43b2aedp1c5手动伺服变量机构图 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5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 。 当用手柄使伺服阀芯(Servo Spool)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