基于液压泵动力元件的论述

中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1673-0992（2011）01-0154-01

摘要：液压泵是液压系统的动力元件，它是将电动机或其他原动机输出的机械能转换为液压能 的装置。其作用是向液压系统提供压力油。

关键词：液压；液压泵；动力；元件

一、液压泵工作原理

当偏心轮转动时，柱塞受偏心轮驱动力和弹簧的作用分别作左右运动。

柱塞向右运动时，其左端和泵体间的密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在大气压的用下通过单向阀进入泵体内，单向阀封住出口，防止系统中的油液回流，此时液压泵完成吸油过程。

当柱塞向左运动时，密封容积减少，单向阀封住吸油口，防止油液流回油箱，于是泵体内的油液受到挤压，便经单向阀进入系统，此时液压泵成压油过程。若偏心轮不停地转动，泵体就不断地吸油和压油。

由上述可知，液压泵是通过密封容积的变化来进行吸油和压油的。利用这种原理做成的压泵称为容积式泵。

二、液压泵的特点

单柱塞液压泵具有一切容积式液压泵的基本特点：

(1)具有若干个密封且又可以周期性变化空间。液压泵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，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。

(2)油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力。这是容积式液压泵能够吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。

(3)具有相应的配流机构，将吸油腔和排液腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸、排液体。液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。如图3-1中的单向阀5、6就是配油机构。

液压泵按其在单位时间内所能输出的油液的体积是否可调节而分为定量泵和变量泵两类；按结构形式可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大类。

三、液压泵的主要性能参数

1.压力

(1)工作压力。液压泵实际工作时的输出压力称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失,而与液压泵的流量无关。

(2)额定压力。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定连续运转的最高压力称为液压泵的额定压力。

(3)最高允许压力。在超过额定压力的条件下,根据试验标准规定,允许液压泵短暂运行的最高压力值,称为液压泵的最高允许压力。

2.排量和流量

(1)排量V。液压泵每转一周,由其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积叫液压泵的排量。排量可调节的液压泵称为变量泵;排量为常数的液压泵则称为定量泵。

(2)理论流量qi。理论流量是指在不考虑液压泵的泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出的液体体积的平均值。显然,如果液压泵的排量为V,其主轴转速为n,则该液压泵的理论流量qi为： qi=Vn (3-1)

(3)实际流量q。液压泵在某一具体工况下,单位时间内所排出的液体体积称为实际流量,它等于理论流量qi减去泄漏流量Δq,即： q=qi=Δq (3-2)

(4)额定流量qn。液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定压力和额定转速下)必须保证的流量。

3.功率和效率

(1)液压泵的功率损失。液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分:

①容积损失。容积损失是指液压泵流量上的损失,液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量,其主要原因是由于液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液压泵转速高等原因而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示,它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量qi之比即：ni=■=■=1■ (3-3)；因此液压泵的实际输出流量q为：q=qiηv=Vnηv(3-4)；式中：V为液压泵的排量(m3/r)；n为液压泵的转速(r/s)。

液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小,且随液压泵的结构类型不同而异,但恒小于1。

②机械损失。机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩T0总是大于理论上所需要的转矩Ti,其主要原因是由于液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦转矩损失以及液体的粘性而引起的摩擦损失。液压泵的机械损失用机械效率表示,它等于液压泵的理论转矩Ti与实际输入转矩T0之比,设转矩损失为ΔT,则液压泵的机械效率为：

nm=■=■ （3-5）

(2)液压泵的功率。

①输入功率Pi。液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率,当输入转矩为T0，角速度为ω时,有：pi=Toω (3-6)

②输出功率Po。液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸、压油口间的压差Δp和输出流量q的乘积,即：p=Δpq (3-7)

式中：Δp为液压泵吸、压油口之间的压力差(N/m2);q为液压泵的实际输出流量(m3/s);p为液压泵的输出功率(N・m/s或W)。

在实际的计算中,若油箱通大气,液压泵吸、压油的压力差往往用液压泵出口压力p代入。

(3)液压泵的总效率。液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值,即：n=■=■(3-8)；其中Δpqi／ω为理论输入转矩Ti。由式(3-8)可知，液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积，所以液压泵的输入功率也可写成：

pi=■(3-9)

四、常用液压泵

1．齿轮泵

齿轮泵有外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵两种结构形式。外啮合齿轮泵结构简单，成本低、抗污及自吸性好，因此广泛应用于低压系统。

齿轮泵是一种容积式回转泵。当一对啮合齿轮中的主动齿轮由电动机带动旋转时，从动齿轮与主动齿轮啮合而转动。在A腔，由于轮齿不断脱开啮合使容积逐渐增大，形成局部真空，从油箱吸油，随着齿轮的旋转，充满在齿槽内的油被带到B腔，B腔中由于轮齿不断进人啮合，容积逐渐减小，把油排出。

2．叶片泵

根据工作方式的不同，叶片泵分为单作用式叶片泵和双作用式叶片泵两种。单作用式叶片泵一般为变量泵，双作用式叶片泵一般为定量泵。

双作用式叶片泵的工作原理：转子旋转时，叶片在离心力和压力油的作用下，尖部紧贴 定子内表面上。这样，两个叶片与转子和定子内表面所构成的工作容积，先由小到大吸 油，再由大到小排油，叶片旋转一周时，完成两次吸油和两次排油。

3．柱塞泵

按照柱塞排列方向的不同，柱塞泵分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两种。由于径向柱塞泵的结构特点使其应用受到限制，已逐渐被轴向柱塞泵所代替。

轴向柱塞泵是利用与传动轴平行的柱塞在柱塞孔内往复运动所产生的容积变化来进行工作的。柱塞泵由缸体与柱塞构成，柱塞在缸体内作往复运动，在工作容积增大时吸油，在工作容积减小时排油。

4．螺杆泵

螺杆泵主要有转子式容积泵和回转式容积泵两种。按螺杆数不同，又有单螺杆泵、双螺泵和三螺杆泵之分。