矿用叶片泵使用研究

摘要：叶片泵是机床液压系统中应用最广的一种液压泵，矿井提升机的液压站也采用这种泵。它主要的优点是流量均匀，运转平稳，结构紧凑，噪声小；其缺点是结构较复杂，吸人性能差，对工作液体的污染较敏感。它主要用于对速度平稳性要求较高的中低压系统。

叶片泵按每转吸排液次数分为单作用和双作用两大娄，后者府用较普遍。

关键词：液压系统 叶片泵研究

一、单作用叶片泵

1.工作原理

单作用叶片泵主要由转子、定子、叶片、配流盘和端盖等组成。定子内表面为圆形，与转子有一偏心距，叶片装在转子槽内可自由滑动，吸排液窗口之间的区段为过渡密封区。

单作用叶片泵工作原理如图3—5所示，当转子旋转时，叶片受离心力或底槽压力液的作用，紧贴在定子内表面。这样在每相邻叶片间就构成一个密封的工作容积，当转子按图示方向旋转时，右半部的各密封容积不断增大，形成局部真空，从配流盘的吸液窗口吸液；左半部的各密封容积不断缩小，压力液体经配流盘的排液窗口排出。转子每转一周，各密封容积完成一次吸排液循环，故称单作用叶片泵。

若改变偏心距的大小，则可以调节泵的排量，所以单作用叶片泵通常作为变量泵使用，变量方式有手动和自动调节两种。为利于叶片泵依靠离心力的外伸运动，通常将叶片相对旋转方向后倾一个角度安装，后倾斜角一般在20°左右，但这种泵只能单向旋转。

2.结构和性能分析

（1）间隙密封 叶片泵工作时，排液腔的压力液有可能通过径向间隙和轴向间隙向吸液腔泄漏，所以保证这两处间隙的密封是提高叶片泵容积效率的必然途径。

径向间隙是指叶片顶端与定子内表面的间隙，压力液通过位于过渡密封区的叶片顶端间隙向吸液腔泄漏，其泄漏途径很短，所以影响最大，为保证叶片与定子内表面接触，通常采用三条措施：一是利用离心力使叶片贴紧定子内表面。这种方法最简单，但不大可靠。二是利用向叶片底槽通人压力液，使叶片可靠伸出。但在吸液区，叶片上下压力差很大，将加速叶片与定子内表面的磨损，为解决这个问题，通常只在排液区和过渡密封区向叶片底槽通人压力液，而在吸液区叶片底槽与吸液腔相通，使叶片上下液压力平衡，减小叶片与定子间的磨损。三是采用机械的方法使叶片强制伸出。这种机构较复杂，很少使用。

（2）径向力不平衡 单作用叶片泵一侧为排液腔，另一侧为吸液腔，始终存在径向力不平衡的问题，使泵轴和轴承要承受很大的径向载荷，所以单作用叶片泵又称非卸荷泵。因而单作用叶片泵通常为中低压泵，其压力一般不超过7MPa。

（3）过渡密封区与困油 为防止叶片泵吸排液串通，过渡密封区的包角应等于或大于相邻两叶片的夹角，所以在两叶片位于此区时，其间也要形成一个闭死容积，产生困油，由于泵的偏心距不大，闭死容积的变化也不大，所以困油不严重，不一定采用单独的卸荷措施。

二、双作用叶片泵

1.工作原理

双作用叶片泵主要由转子、定子、叶片、配流盘和端盖等组成。转子与定子同心，定子内表面近似椭圆状，由四段圆弧和四段过渡曲线组成。

当转子旋转时，叶片受离心力和底槽压力液的作用，紧贴在定子内表面上。当叶片由短半径向长半径方向转动时，叶片之间的工作容积逐渐增大而吸液；叶片从长半径向短半径方向转动时，其工作容积逐渐变小而排液。转子每旋转一周，每个工作容积完成两次吸排液循环，故称双作用叶片泵。由于这种泵的定子位置不易改变，转子与定子同心，不能用改变偏心距的方法来改变流量，所以都是定量泵。

在排液区，定子曲线对叶片的法向作用力方向与叶片相对运动方向的夹角称为叶片的压力角。为减小压力角，使叶片相对运动方向靠近法向作用力的方向，以利于叶片缩回运动，通常将叶片相对旋转方向前倾一个角度安放，倾角一般为10°一14°，因此，这种泵不能反转使用。

2.结构和性能分析

（1）间隙密封 径向间隙密封通常采用向叶片底槽通人压力液的办法而使叶片紧贴定子。

轴向间隙密封，对于中低压泵（户

（2）径向力平衡 双作用叶片泵的两个排液腔对称于转子中心，两个吸液腔也如此，所以转子所受的径向力是平衡的，又称卸荷式叶片泵。所以，双作用泵的压力一般比单作用泵高，如果在结构上采取一些措施，可成为中高压或高压泵。

（3）过渡密封区与液压冲击 在过渡密封区定子圆弧与转子外圆同心，所以两叶片位于此区时，其间的闭死容积不变化，理论上不会产生困油现象。但在吸液区向排液区过渡时，闭死容积内的压力等于吸液压力，当转子转过一个角度，使这部分容积与排液区相通时，其压力便突然上升到排液压力，引起体积瞬时收缩产生局部液压冲击，引起压力和流量脉动及噪声。为消除这种现象，一般在配流盘的排液窗口一端开有尖角槽，使闭死容积内液体在还没有接通排液区前就通过尖角槽与压力液相通，使其压力逐渐上升，尖角槽尺寸一般由试验确定。

由于加工误差，定子圆弧及其中心角不可能很精确，配流盘吸排液窗口间距的夹角也有可能大于圆弧段的中心角，所以在过渡密封区也可能产生轻微的困油现象，此时可通过尖角槽卸荷，消除困油现象。

（4）定子曲线 定子曲线由两段镑半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成，如图3—6所示。为避免吸排液沟通并消除困油现象，圆弧段的中心角β（与配流盘过渡密封区的夹角相等）应稍大于相邻叶片的夹角。一般在叶片为12时，相邻叶片夹角为30°，常取β=35°左右，而定子过渡曲线中心角a=55°左右。

圆弧曲线长短半径之差称为过渡曲线的升程，升程大，排量也大。 过渡曲线对叶片泵的运转性能（如敲击、噪声和振动）和寿命关系很大，所以应满足下述要求：使叶片在槽内径向移动的速度和加速度连续均匀变化，不应有突变，特别在过渡曲线与圆弧段的交界处，叶片不得产生很大的瞬时加速度，这样可以保证流量的均匀性，避免叶片对定子产生冲击。近年来常采用等加速等减速曲线，这种曲线使叶片在前一半做径向等加速运动，而后一半做等减速运动，在过渡曲线与圆弧段的连接处，叶片的径向速度从零开始逐渐增大，其加速度为常量，叶片对定子的冲击较小，产生所谓的软性冲击，其磨损比较小。

3.典型结构——YB型双作用叶片泵

其额定压力为6.3MPa，流量4～200L/min，该泵的结构特点如下：

（1）泵体 YB型泵的泵体为分离式泵体，前后泵体可任意旋转90～安装，便于选择吸排液口位置和方向。

（2）配流盘 两个配流盘分别位于转子两侧，配流盘与定子用圆柱销定位于泵体上。

排液配流盘有两个腰形通孔为排液窗口，有两个凹槽对应于吸液配流盘的吸液缺口。配流盘端面上的环形槽c通过4个小孔口与配流盘外侧的压力腔相通，压力液经此通道进入叶片底槽b，使叶片可靠伸出。

吸液配流盘有两个吸液缺口，另有两个腰形凹槽和一环形槽，分别对应于排液配流盘的排液窗口和环形槽，这种对应关系可使叶片和转子两端所受的液压作用完全相同，防止叶片和转子偏移一端出现不均匀磨损。

配流盘排液窗口的一端开有尖角槽d（卸荷槽），防止液压冲击和困油。

转子与配流盘之间的轴向间隙由定子和转子的厚度公差来控制，其值为0.04～0.07 mm。

（3）定子过渡曲线 YB型泵采用等加速等减速曲线。

（4）叶片 YB型泵共12块，前倾13°安装。