學(xué)習(xí)情境2　認(rèn)識液壓元件和基本回路

任務(wù)1　機(jī)床液壓系統(tǒng)動力元件的認(rèn)識

【任務(wù)目標(biāo)】

1.掌握液壓泵的結(jié)構(gòu)組成、特點、工作原理，掌握常用液壓元件的應(yīng)用場合和選用原則方法。

2.掌握常用液壓泵選用方法，了解常見的故障及維修方法。

【任務(wù)描述】

正確拆裝機(jī)床液壓系統(tǒng)典型齒輪泵、葉片泵，觀察分析結(jié)構(gòu)組成、特點，掌握液壓泵工作原理，能合理選用。

【知識準(zhǔn)備】

液壓泵是液壓系統(tǒng)的動力元件，它由原動機(jī)驅(qū)動，把輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成為油液的壓力能，再以壓力、流量的形式輸入到系統(tǒng)中去，它是液壓系統(tǒng)的動力源。

1.液壓泵的工作原理和分類

（1）液壓泵的工作原理　液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進(jìn)行工作的，圖2-1-1所示的是一單柱塞液壓泵的工作原理圖，圖中柱塞2裝在缸體3中形成一個密封容積a，柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機(jī)驅(qū)動偏心輪1旋轉(zhuǎn)使柱塞2作往復(fù)運動，使密封容積a的大小發(fā)生周期性的交替變化。當(dāng)a由小變大時就形成部分真空，使油箱中油液在大氣壓作用下，經(jīng)吸油管頂開單向閥6進(jìn)入油腔a而實現(xiàn)吸油；反之，當(dāng)a由大變小時，a腔中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實現(xiàn)壓油。這樣液壓泵就將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，原動機(jī)驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷地吸油和壓油。

（2）液壓泵的特點

①具有若干個密封且又可以周期性變化的空間。液壓泵輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內(nèi)的變化次數(shù)成正比，與其他因素?zé)o關(guān)。這是容積式液壓泵的一個重要特性。

②油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此，為保證液壓泵正常吸油，油箱必須與大氣相通，或采用密閉的充壓油箱。

③具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)，將吸油腔和排油腔隔開，保證液壓泵有規(guī)律地、連續(xù)地吸、排液體。液壓泵的結(jié)構(gòu)原理不同，其配油機(jī)構(gòu)也不相同。如圖2-1-1中的單向閥5、6就是配流機(jī)構(gòu)。

（3）分類　液壓泵按其結(jié)構(gòu)形式不同可分為葉片泵、齒輪泵、柱塞泵、螺桿泵等；按其輸出流量能否改變，又可分為定量泵和變量泵；按其工作壓力不同還可分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵和高壓泵等；按輸出液流的方向，又有單向泵和雙向泵之分。

液壓泵的類型很多，其結(jié)構(gòu)不同，但是它們的工作原理相同，都是依靠密閉容積的變化來工作的，因此都稱為容積式液壓泵。

常用的液壓泵的圖形符號如圖2-1-2所示

2.液壓泵的主要性能參數(shù)

（1）液壓泵的壓力

①工作壓力p　液壓泵工作時輸出油液的實際壓力稱為工作壓力p。其數(shù)值取決于負(fù)載的大小。

②額定壓力pn　液壓泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定連續(xù)運轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。

③最高允許壓力pmax　在超過額定壓力的條件下，根據(jù)試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，允許液壓泵短暫運行的最高壓力值，稱為液壓泵的最高允許壓力。

p、pn、pmax的國際單位為N/m2、Pa，常用單位為MPa。

（2）液壓泵的排量和流量

①排量V　在沒有泄漏的情況下，液壓泵每轉(zhuǎn)一周，由其密封容積幾何尺寸變化計算而得到的排出液體的體積叫液壓泵的排量。

排量可調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵；排量為常數(shù)的液壓泵則稱為定量泵。

V的國際單位為m3/r，常用單位為mL/r。

②理論流量qt　理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的情況下，在單位時間內(nèi)所排出的液體體積的平均值。顯然，如果液壓泵的排量為V，其主軸轉(zhuǎn)速為n，則該液壓泵的理論流量qt為

qt=Vn　　（2-1-1）

③實際流量q　液壓泵在某一具體工況下，單位時間內(nèi)所排出的液體體積稱為實際流量，它等于理論流量qt減去泄漏流量Δq，即

q=qt-Δq　　（2-1-2）

④額定流量qn　液壓泵在正常工作條件下，按試驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（如在額定壓力和額定轉(zhuǎn)速n下）必須保證的流量。

qt、q、qn的國際單位為m3/s，常用單位為L/min。

n的國際單位為r/s，常用單位為r/min。

（3）液壓泵的功率P

①液壓功率與壓力及流量的關(guān)系　功率是指單位時間內(nèi)所做的功，在液壓缸系統(tǒng)中，忽略其他能量損失，當(dāng)進(jìn)油腔的壓力為p，流量為q，活塞的面積為A，則液體作用在活塞上的推力F=pA，活塞的移動速度v=q/A，所以液壓功率為

由上式可見，液壓功率P等于液體壓力p與液體流量q的乘積。

②泵的輸入功率Pi　原動機(jī)（如電動機(jī)等）對泵的輸出功率即為泵的輸入功率，它表現(xiàn)為原動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩T與泵輸入軸轉(zhuǎn)速ω（ω=2πn）的乘積。即

Pi=2πnT　　（2-1-4）

③泵的輸出功率PoPo為泵實際輸出液體的壓力p與實際輸出流量q的乘積。即

Po=pq　　（2-1-5）

Pi、Po的國際單位為W，常用單位為kW。

T的國際單位為N·m。

（4）液壓泵的效率η

①液壓泵的容積效率ηV　ηV為泵的實際流量q與理論流量qt之比。即

②液壓泵的機(jī)械效率ηm　由于泵在工作中存在機(jī)械損耗和油液黏性引起的摩擦損失，所以液壓泵的實際輸入轉(zhuǎn)矩Ti必然大于理論轉(zhuǎn)矩Tt，其機(jī)械效率為ηm為泵的理論轉(zhuǎn)矩Tt與實際輸入轉(zhuǎn)矩的Ti比值。即

③液壓泵的總效率η　η為泵的輸出功率Po與輸入功率Pi之比。即

不計能量損失時，泵的理論功率Pt=pqt=2πnTt，所以

（5）液壓泵所需電動機(jī)功率的計算　在液壓系統(tǒng)設(shè)計時，如果已選定了泵的類型，并計算出了所需泵的輸出功率Po，則可用公式Pi=Po/η計算泵所需的輸入功率Pi。

以上各計算公式，單位均采用國際單位，使用常用單位的應(yīng)統(tǒng)一化成國際單位代入計算。

例如，已知某液壓系統(tǒng)所需泵輸出油的壓力為4.5MPa，流量為10L/min，泵的總效率為0.7，則泵所需要的輸入功率Pi應(yīng)為

這樣，即可從電動機(jī)產(chǎn)品樣本中查取功率為1.1kW的電動機(jī)。

【任務(wù)實施】

1.場地與設(shè)備

（1）場地　液壓實訓(xùn)室，實訓(xùn)基地。

（2）設(shè)備　齒輪泵、葉片泵等液壓泵，各類型5臺，拆裝工具。

2.齒輪泵的認(rèn)識

齒輪泵是一種常用的液壓泵，它的主要特點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，價格低廉，體積小，重量輕，自吸性好，對油液污染不敏感，工作可靠；其主要缺點是流量和壓力脈動大，噪聲大，排量不可調(diào)。齒輪泵被廣泛地應(yīng)用于采礦設(shè)備、冶金設(shè)備、建筑機(jī)械、工程機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械等各個行業(yè)。

齒輪泵按照其嚙合形式的不同，有外嚙合和內(nèi)嚙合兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。下面以外嚙合CB-B齒輪泵為例來分析齒輪泵。

（1）外嚙合齒輪泵的組成　齒輪泵的外形結(jié)構(gòu)如圖2-1-3（a）所示，CB-B齒輪泵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-1-3（b）所示，它是分離三片式結(jié)構(gòu)，三片是指泵蓋4、8和泵體7。泵的前后蓋和泵體由兩個定位銷17定位，用六個螺釘固緊。主動齒輪6用鍵5固定在傳動軸12上并由電動機(jī)帶動旋轉(zhuǎn)。

（2）CB-B型齒輪泵拆裝分析（見圖2-1-4）

①拆卸步驟

a.松開緊固螺釘，分開左、右端蓋，取出密封圈；

b.從泵體中取出主動齒輪及軸、從動齒輪及軸；

c.分解端蓋與軸承、齒輪與軸、端蓋與油封。此步可不做。

②裝配要領(lǐng)　裝配順序與拆卸相反。

③拆裝注意事項

a.如果有拆裝流程示意圖，請參考該圖進(jìn)行拆與裝；

b.僅有元件結(jié)構(gòu)圖或根本沒有結(jié)構(gòu)圖的，拆裝時應(yīng)記錄元件及解體零件的拆卸順序和方向；

c.拆卸下來的零件，尤其泵體內(nèi)的零件，要做到不落地，不劃傷，不銹蝕等；

d.拆裝個別零件需要專用工具，如拆軸承需要用軸承起子，拆卡環(huán)需要用內(nèi)卡鉗等；

e.在需要敲打某一零件時，請用銅棒，切忌用鐵或鋼棒；

f.拆卸（或安裝）一組螺釘時，用力要均勻；

g.安裝前要給元件去毛刺，用煤油清洗然后晾干，切忌用棉紗擦干；

h.檢查密封有無老化現(xiàn)象，如果有，請更換新的；

i.安裝時不要將零件裝反，注意零件的安裝位置，有些零件有定位槽孔，一定要對準(zhǔn)；

j.安裝完畢，檢查現(xiàn)場有無漏裝元件。

（3）外嚙合齒輪泵的工作原理分析

外嚙合齒輪泵的工作原理和結(jié)構(gòu)如圖2-1-5所示。外嚙合齒輪泵主要由主動齒輪2、從動齒輪3，驅(qū)動軸，泵體1及端蓋等主要零件構(gòu)成。泵體內(nèi)相互嚙合的主、從動齒輪2和3與兩端蓋及泵體一起構(gòu)成密封工作容積，齒輪的嚙合點將左、右兩腔隔開，形成了吸、壓油腔，當(dāng)齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，右側(cè)吸油腔內(nèi)的輪齒脫離嚙合，密封工作腔容積不斷增大，形成部分真空，油液在大氣壓力作用下從油箱經(jīng)吸油管進(jìn)入吸油腔，并被旋轉(zhuǎn)的輪齒帶入左側(cè)的壓油腔。左側(cè)壓油腔內(nèi)的輪齒不斷進(jìn)入嚙合，使密封工作腔容積減小，油液受到擠壓被排往系統(tǒng)，這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。

（4）主要結(jié)構(gòu)分析（圖2-1-4）

①泵體　泵體的兩端面開有壓力卸荷槽c，側(cè)面泄漏的油液經(jīng)此槽與吸油口相通，用來降低泵體與端蓋結(jié)合面間泄漏油的壓力。左端進(jìn)油口m由孔d進(jìn)入吸油腔，右端排油口腔由孔e通入排油口n。泵體與齒頂圓的徑向間隙為0.13～0.16mm。

②左右端蓋　封油槽a、b，此槽與吸油口相通，用來防止泵內(nèi)油液從泵體與泵蓋接合面外泄。端蓋內(nèi)側(cè)開有卸荷槽f、g，用來消除困油。端蓋上吸油口大，壓油口小，用來減小作用在軸和軸承上的徑向不平衡力。

③齒輪　兩個齒輪的齒數(shù)和模數(shù)都相等，齒輪與端蓋間軸向間隙為0.03～0.04mm，軸向間隙不可以調(diào)節(jié)。

（5）內(nèi)嚙合齒輪泵

內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理也是利用齒間密封容積的變化來實現(xiàn)吸油壓油的。圖2-1-6所示是內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理。

它是由配油盤（前、后蓋）、外轉(zhuǎn)子（從動輪）和偏心安置在泵體內(nèi)的內(nèi)轉(zhuǎn)子（主動輪）等組成。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子相差一齒，圖中內(nèi)轉(zhuǎn)子為六齒，外轉(zhuǎn)子為七齒，由于內(nèi)外轉(zhuǎn)子是多齒嚙合，這就形成了若干密封容積。內(nèi)轉(zhuǎn)子帶動外轉(zhuǎn)子作同向旋轉(zhuǎn)。這時，由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂和外轉(zhuǎn)子齒谷間形成的密封容積（圖中陰線部分），隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動密封容積就逐漸擴(kuò)大，于是就形成局部真空，油液被吸入密封腔，當(dāng)封閉容積達(dá)到最大時吸油完畢。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)時，充滿油液的密封容積便逐漸減小，油液受擠壓，于是通過另一配油窗口將油排出，壓油完畢。內(nèi)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，由內(nèi)轉(zhuǎn)子齒頂和外轉(zhuǎn)子齒谷所構(gòu)成的每個密封容積，完成吸、壓油各一次，當(dāng)內(nèi)轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動時，即完成了液壓泵的吸排油工作。

內(nèi)嚙合齒輪泵的外轉(zhuǎn)子齒形是圓弧，內(nèi)轉(zhuǎn)子齒形為短幅外擺線的等距線，故又稱為內(nèi)嚙合擺線齒輪泵，也叫轉(zhuǎn)子泵。

內(nèi)嚙合齒輪泵有許多優(yōu)點，如結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，零件少，轉(zhuǎn)速可高達(dá)10000r/min，運動平穩(wěn)，噪聲低，容積效率較高等。缺點是流量脈動大，轉(zhuǎn)子的制造工藝復(fù)雜等，目前已采用粉末冶金壓制成型。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，擺線齒輪泵的應(yīng)用將會愈來愈廣泛；內(nèi)嚙合齒輪泵可正、反轉(zhuǎn)，可作液壓馬達(dá)用。

3.葉片泵的認(rèn)識

葉片泵的結(jié)構(gòu)較齒輪泵復(fù)雜，但其工作壓力較高，且流量脈動小，工作平穩(wěn)，噪聲較小，壽命較長。所以它被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中的專用機(jī)床、自動線等中低液壓系統(tǒng)中，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，吸油特性不太好，對油液的污染也比較敏感。

根據(jù)各密封工作容積在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周吸、排油液次數(shù)的不同，葉片泵分為兩類，即完成一次吸、排油液的單作用葉片泵和完成兩次吸、排油液的雙作用葉片泵。單作用葉片泵多為變量泵，工作壓力最大為7.0MPa，雙作用葉片泵均為定量泵，一般最大工作壓力亦為7.0MPa，結(jié)構(gòu)經(jīng)改進(jìn)的高壓葉片泵最大的工作壓力可達(dá)16.0～21.0MPa。

（1）雙作用葉片泵　雙作用葉片泵的結(jié)構(gòu)如圖2-1-7所示。它由前泵體6和后泵體7，左右配油盤1、5，定子4，轉(zhuǎn)子，葉片，傳動軸3等組成，右配油盤5的右側(cè)與高壓油腔相通，使配油盤與定子端面緊密配合，對轉(zhuǎn)子端面間隙自動補(bǔ)償。

①YB1型葉片泵拆裝分析（見圖2-1-8）

拆卸步驟：

a.卸下固定螺釘，拆開泵體；

b.取出右配油盤；

c.取出轉(zhuǎn)子和葉片；

d.取出定子，再取下左配油盤。

拆卸后清洗、檢驗、分析。

裝配要領(lǐng)：與拆卸順序相反。

拆裝注意事項參考齒輪泵拆裝注意事項。

②雙作用葉片泵的工作原理分析　如圖2-1-9所示，泵由定子1、轉(zhuǎn)子2、葉片3和配油盤（圖中未畫出）等組成。定子和轉(zhuǎn)子是同心的，定子內(nèi)表面是由兩段長半徑圓弧、兩段短半徑圓弧和四段過渡曲線組成，近似為橢圓柱形。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，葉片在離心力和（建壓后）根部壓力油的作用下，在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)作徑向移動而壓向定子內(nèi)表面，由葉片、定子的內(nèi)表面、轉(zhuǎn)子的外表面和兩側(cè)配油盤間形成若干個密封空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，處在小圓弧上的密封空間經(jīng)過渡曲線而運動到大圓弧的過程中，葉片外伸，密封空間的容積增大，要吸入油液；再從大圓弧經(jīng)過渡曲線運動到小圓弧的過程中，葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi)，密封空間容積變小，將油液從壓油口壓出。因而，當(dāng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個工作空間要完成兩次吸油和壓油，所以稱之為雙作用葉片泵，這種葉片泵由于有兩個吸油腔和兩個壓油腔，并且各自的中心夾角是對稱的，所以作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓力相互平衡，又稱為平衡式葉片泵。為了要使徑向力完全平衡，密封空間數(shù)（即葉片數(shù)）應(yīng)當(dāng)是雙數(shù)。

③主要零件分析（圖2-1-8）

a.定子和轉(zhuǎn)子　定子內(nèi)表面曲線是由四段圓弧和四段過渡曲線所組成。目前常用的過渡曲線有阿基米德螺旋線，等加速-等減速曲線等。保證葉片貼緊在定子內(nèi)表面上，使葉片在轉(zhuǎn)子槽中徑向運動時速度和加速度的變化均勻，過渡曲線接點處圓滑過渡，以避免沖擊、噪聲和磨損。定子和轉(zhuǎn)子的外表面是圓柱面。轉(zhuǎn)子中心固定，徑向開有12條槽可以安置葉片。

b.葉片　該泵共有12個葉片，流量脈動較小。流量脈動率在葉片數(shù)為4的整數(shù)倍、且大于8時最小，故雙作用葉片泵的葉片數(shù)通常取為12或16。葉片相對于轉(zhuǎn)子徑向連線前傾13°，防止作用在葉片上的切向力過大引起的葉片折斷以及因切向力過大導(dǎo)致的摩擦力過大，使葉片滑動困難甚至卡死的現(xiàn)象出現(xiàn)。轉(zhuǎn)子不允許反轉(zhuǎn)。

c.配流盤　油液從吸油口m經(jīng)過空腔a，從左右配油盤的吸油窗口b吸入，壓力油從壓油窗口c經(jīng)右配油盤中的環(huán)形槽d及右泵體中的環(huán)形槽e，從壓油口n壓出。在配油盤端面開有環(huán)槽f與葉片底部r相通，右配油盤上的環(huán)槽有通過空h與壓油窗c相通。這樣壓力油就可以進(jìn)入到葉片底部，葉片在壓力油和離心力的作用下壓向定子表面，保證緊密接觸以減少泄漏。在配油盤的壓油窗口一邊，開一條小三角卸荷槽s（又稱眉毛槽），使兩葉片之間的封閉油液在未進(jìn)入壓油區(qū)之前就通過該三角槽與液壓油相通，使其壓力逐漸上升，因而減緩了流量和壓力脈動，降低了噪聲。從轉(zhuǎn)子兩側(cè)泄漏的油液，通過傳動軸與右配油盤的間隙，從g孔流回吸油腔b。

（2）單作用葉片泵

①單作用葉片泵的工作原理分析　單作用葉片泵的工作原理如圖2-1-10所示，單作用葉片泵由轉(zhuǎn)子1、定子2、葉片3和端蓋等組成。定子具有圓柱形內(nèi)表面，定子和轉(zhuǎn)子間有偏心距。葉片裝在轉(zhuǎn)子槽中，并可在槽內(nèi)滑動，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，使葉片緊靠在定子內(nèi)壁，這樣在定子、轉(zhuǎn)子、葉片和兩側(cè)配油盤間就形成若干個密封的工作空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示的方向回轉(zhuǎn)時，在圖的右部，葉片逐漸伸出，葉片間的工作空間逐漸增大，從吸油口吸油，這是吸油腔。在圖的左部，葉片被定子內(nèi)壁逐漸壓進(jìn)槽內(nèi)，工作空間逐漸縮小，將油液從壓油口壓出，這是壓油腔，在吸油腔和壓油腔之間，有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開。

葉片泵在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個工作空間完成一次吸油和壓油，因此稱為單作用葉片泵。轉(zhuǎn)子不停地旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和排油。

②單作用葉片泵的結(jié)構(gòu)特點

a.改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心便可改變流量。偏心反向時，吸油壓油方向也相反。

b.處在壓油腔的葉片頂部受到壓力油的作用，該作用要把葉片推入轉(zhuǎn)子槽內(nèi)。為了使葉片頂部可靠地和定子內(nèi)表面相接觸，壓油腔一側(cè)的葉片底部要通過特殊的溝槽和壓油腔相通。吸油腔一側(cè)的葉片底部要和吸油腔相通，這里的葉片僅靠離心力的作用頂在定子內(nèi)表面上。

c.由于轉(zhuǎn)子受到不平衡的徑向液壓作用力，所以這種泵一般不宜用于高壓。

d.為了更有利于葉片在慣性力作用下向外伸出，而使葉片有一個與旋轉(zhuǎn)方向相反的傾斜角，稱后傾角，一般為24°。

（3）限壓式變量葉片泵　限壓式變量葉片泵是單作用葉片泵，根據(jù)前面介紹的單作用葉片泵的工作原理，改變定子和轉(zhuǎn)子間的偏心距e，就能改變泵的輸出流量，限壓式變量葉片泵能借助輸出壓力的大小自動改變偏心距e的大小來改變輸出流量。當(dāng)壓力低于某一可調(diào)節(jié)的限定壓力時，泵的輸出流量最大；壓力高于限定壓力時，隨著壓力增加，泵的輸出流量線性地減少，其工作原理如圖2-1-11所示。泵的出口經(jīng)通道7與活塞6相通。在泵未運轉(zhuǎn)時，定子2在彈簧9的作用下，緊靠活塞4，并使活塞4靠在螺釘5上。這時，定子和轉(zhuǎn)子有一偏心量e0，調(diào)節(jié)螺釘5的位置，便可改變e0。當(dāng)泵的出口壓力p較低時，則作用在活塞4上的液壓力也較小，若此液壓力小于上端的彈簧作用力，當(dāng)活塞的面積為A、調(diào)壓彈簧的剛度為ks、預(yù)壓縮量為x0時，有

pA<ksx0　　（2-1-10）

此時，定子相對于轉(zhuǎn)子的偏心量最大，輸出流量最大。隨著外負(fù)載的增大，液壓泵的出口壓力p也將隨之提高，當(dāng)壓力升至與彈簧力相平衡的控制壓力pB時，有

pBA=ksx0　　（2-1-11）

當(dāng)壓力進(jìn)一步升高，使pA>ksx0，這時，若不考慮定子移動時的摩擦力，液壓作用力就要克服彈簧力推動定子向左移動，隨之泵的偏心量減小，泵的輸出流量也減小。pB稱為泵的限定壓力，即泵處于最大流量時所能達(dá)到的最高壓力，調(diào)節(jié)調(diào)壓螺釘10，可改變彈簧的預(yù)壓縮量x0即可改變pB的大小。

設(shè)定子的最大偏心量為e0，偏心量減小時，彈簧的附加壓縮量為x，則定子移動后的偏心量e為

e=e0-x　　（2-1-12）

這時，定子上的受力平衡方程式為

pA=ks（x0+x）　　（2-1-13）

將式（2-1-11）代入式（2-1-12）可得

e=e0-A（p-pB）/ksp≥pB　　（2-1-14）

式（2-1-14）表示了泵的工作壓力與偏心量的關(guān)系，由式可以看出，泵的工作壓力愈高，偏心量就愈小，泵的輸出流量也就愈小，且當(dāng)p=ks（e0+x0）/A時，泵的輸出流量為零，控制定子移動的作用力是將液壓泵出口的壓力油引到柱塞上，然后再加到定子上去，這種控制方式稱為外反饋式。

這種泵被廣泛用于要求執(zhí)行元件有快速、慢速和保壓階段的中低壓系統(tǒng)中，有利于節(jié)能和簡化回路。

4.柱塞泵的認(rèn)識

柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復(fù)運動造成密封容積的變化來實現(xiàn)吸油與壓油的液壓泵，與齒輪泵和葉片泵相比，這種泵有許多優(yōu)點。首先，構(gòu)成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔，加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，在高壓工作仍有較高的容積效率；第二，只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實現(xiàn)變量；第三，柱塞泵中的主要零件均受壓應(yīng)力作用，材料強(qiáng)度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高，結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，流量調(diào)節(jié)方便，故在需要高壓、大流量、大功率的系統(tǒng)中和流量需要調(diào)節(jié)的場合，如龍門刨床、拉床、液壓機(jī)、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶上得到廣泛的應(yīng)用。柱塞泵按柱塞的排列和運動方向不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。

（1）徑向柱塞泵　徑向柱塞泵的組成及工作原理如圖2-1-12所示，柱塞1徑向排列裝在缸體2中，缸體由原動機(jī)帶動連同柱塞1一起旋轉(zhuǎn)，所以缸體2一般稱為轉(zhuǎn)子，柱塞1在離心力的（或在低壓油）作用下抵緊定子4的內(nèi)壁，當(dāng)轉(zhuǎn)子按圖示方向回轉(zhuǎn)時，由于定子和轉(zhuǎn)子之間有偏心距e，柱塞繞經(jīng)上半周時向外伸出，柱塞底部的容積逐漸增大，形成部分真空，因此便經(jīng)過襯套3上的油孔從配油孔5和吸油口b吸油，襯套3是壓緊在轉(zhuǎn)子內(nèi)，并和轉(zhuǎn)子一起回轉(zhuǎn)；當(dāng)柱塞轉(zhuǎn)到下半周時，定子內(nèi)壁將柱塞向里推，柱塞底部的容積逐漸減小，向配油軸的壓油口c壓油，當(dāng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)一周時，每個柱塞底部的密封容積完成一次吸壓油，轉(zhuǎn)子連續(xù)運轉(zhuǎn)，即完成壓吸油工作。配油軸固定不動，油液從配油軸上半部的兩個孔a流入，從下半部兩個油孔d壓出，為了進(jìn)行配油，配油軸和襯套3接觸的一段加工出上下兩個缺口，形成吸油口b和壓油口c，留下的部分形成封油區(qū)。封油區(qū)的寬度應(yīng)能封住襯套上的吸壓油孔，以防吸油口和壓油口相連通，但尺寸也不能大得太多，以免產(chǎn)生困油現(xiàn)象。

（2）軸向柱塞泵

①軸向柱塞泵的工作原理　軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上，并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。軸向柱塞泵有兩種形式，即直軸式（斜盤式）和斜軸式（擺缸式）。

如圖2-1-13（a）所示為直軸式軸向柱塞泵的工作原理，這種泵主體由缸體1、配油盤2、柱塞3和斜盤4組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內(nèi)。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度，柱塞靠機(jī)械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上（圖2-1-13中為彈簧），配油盤2和斜盤4固定不轉(zhuǎn)，當(dāng)原動機(jī)通過傳動軸使缸體轉(zhuǎn)動時，由于斜盤的作用，迫使柱塞在缸體內(nèi)作往復(fù)運動，并通過配油盤的配油窗口進(jìn)行吸油和壓油。如圖2-1-13中所示回轉(zhuǎn)方向，當(dāng)缸體轉(zhuǎn)角在π～2π范圍內(nèi)，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封工作容積增大，通過配油盤的吸油窗口吸油；在0～π范圍內(nèi)，柱塞被斜盤推入缸體，使缸孔容積減小，通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉(zhuǎn)一周，每個柱塞各完成吸、壓油一次，如改變斜盤傾角γ，就能改變柱塞行程的長度，即改變液壓泵的排量，改變斜盤傾角方向，就能改變吸油和壓油的方向，即成為雙向變量泵。圖2-1-13（b）所示為直軸式軸向柱塞泵。

斜軸式軸向柱塞泵的缸體軸線相對傳動軸軸線成一傾角，傳動軸端部用萬向鉸鏈、連桿與缸體中的每個柱塞相聯(lián)結(jié)，當(dāng)傳動軸轉(zhuǎn)動時，通過萬向鉸鏈、連桿使柱塞和缸體一起轉(zhuǎn)動，并迫使柱塞在缸體中作往復(fù)運動，借助配油盤進(jìn)行吸油和壓油。這類泵的優(yōu)點是變量范圍大，泵的強(qiáng)度較高，但和上述直軸式相比，其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，外形尺寸和重量均較大。

軸向柱塞泵的優(yōu)點是：結(jié)構(gòu)緊湊、徑向尺寸小，慣性小，容積效率高，目前最高壓力可達(dá)40MPa，甚至更高，一般用于工程機(jī)械、壓力機(jī)等高壓系統(tǒng)中，但其軸向尺寸較大，軸向作用力也較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

由于柱塞在缸體孔中運動的速度不是恒速的，因而輸出流量是有脈動的，當(dāng)柱塞數(shù)為奇數(shù)時，脈動較小，且柱塞數(shù)多脈動也較小，因而一般常用的柱塞泵的柱塞個數(shù)為7、9或11。

②軸向柱塞泵的結(jié)構(gòu)特點

a.缸體端面間隙的自動補(bǔ)償　由圖2-1-13（a）可見，使缸體壓緊配流盤端面的作用力，除彈簧6的推力外，還有柱塞孔底部臺階面上所受的液壓力，此液壓力比彈簧力大得多，而且隨泵的工作壓力增大而增大。由于缸體始終受力緊貼著配油盤，就使端面間隙得到了自動補(bǔ)償，提高了泵的容積效率。

b.滑履結(jié)構(gòu)　在斜盤式軸向柱塞泵中，一般都在柱塞頭部裝一滑履（見圖2-1-14），二者之間為球面接觸。而滑履與斜面之間又以平面接觸，從而改善了柱塞工作的受力狀況。并且由于各相對運動表面之間通過小孔引入壓力油，實現(xiàn)可靠的潤滑，故大大降低了相對運動零件表面的磨損，就有利于泵在高壓下工作。

c.變量機(jī)構(gòu)　在變量軸向柱塞泵中均設(shè)有專門的變量機(jī)構(gòu)，用來改變斜盤傾角γ的大小以調(diào)節(jié)泵的排量。軸向柱塞泵的變量方式有多種，其變量機(jī)構(gòu)形式亦多種多樣。

5.液壓泵的選用及故障分析

液壓泵是液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的油液動力元件，它是每個液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件，合理地選擇液壓泵對于降低液壓系統(tǒng)的能耗、提高系統(tǒng)的效率、降低噪聲、改善工作性能和保證系統(tǒng)的可靠工作都十分重要。

（1）液壓泵的選用　選擇液壓泵的原則是：根據(jù)主機(jī)工況、功率大小和系統(tǒng)對工作性能的要求，首先確定液壓泵的類型，然后按系統(tǒng)所要求的壓力、流量大小確定其規(guī)格型號。

表2-1-1列出了液壓系統(tǒng)中常用液壓泵的主要性能。

一般來說，由于各類液壓泵各自突出的特點，其結(jié)構(gòu)、功用和運轉(zhuǎn)方式各不相同，因此應(yīng)根據(jù)不同的使用場合選擇合適的液壓泵。一般在機(jī)床液壓系統(tǒng)中，往往選用雙作用葉片泵和限壓式變量葉片泵；而在筑路機(jī)械、港口機(jī)械以及小型工程機(jī)械中往往選擇抗污染能力較強(qiáng)的齒輪泵；在負(fù)載大、功率大的場合往往選擇柱塞泵。

（2）液壓泵的故障分析　見表2-1-2。

【思考與練習(xí)】

1.液壓傳動中常用的液壓泵分為哪些類型？

2.什么是容積式液壓泵？它的實際工作壓力大小取決于什么？

3.容積式液壓泵的工作原理是什么？

4.如果與液壓泵吸油口相通的油箱是完全封閉的，不與大氣相通，液壓泵能否正常工作？

5.什么是泵的排量、流量？什么是泵的容積效率、機(jī)械效率？

6.外嚙合齒輪泵有哪些優(yōu)缺點？低壓齒輪泵、中高壓齒輪泵和高壓齒輪泵的壓力范圍各是多少？

7.齒輪泵的困油現(xiàn)象是怎么引起的？對其正常工作有何影響？如何解決？

8.齒輪泵的徑向力不平衡是怎樣產(chǎn)生的？會帶來什么后果？消除徑向力不平衡的措施有哪些？

9.說明葉片泵的工作原理。雙作用葉片泵和單作用葉片泵各有什么優(yōu)缺點？

10.葉片泵為什么能得到最廣泛的應(yīng)用？目前所用中壓葉片泵、中高壓葉片泵和高壓葉片泵的額定壓力范圍各是多少？

11.限壓式變量葉片泵適用于什么場合？有何優(yōu)缺點？

12.徑向柱塞泵和軸向柱塞泵各有什么優(yōu)缺點？各適用于什么場合？

13.各類液壓泵中，哪些能實現(xiàn)單向變量或雙向變量？畫出定量泵和變量泵的符號。

14.已知液壓泵轉(zhuǎn)速為1000r/min，排量為160mL/r，額定壓力為30MPa，實際輸出流量為150L/min，泵的總效率為0.87，求：

（1）泵的理論流量；

（2）泵的容積效率和機(jī)械效率；

（3）額定工況下驅(qū)動液壓泵所需的電動機(jī)功率。

15.已知某液壓泵的輸出壓力為5MPa，排量為10mL/r，機(jī)械效率為0.95，容積效率為0.9，轉(zhuǎn)速為1200r/min，求：

（1）液壓泵的總效率；

（2）液壓泵輸出功率；

（3）電動機(jī)驅(qū)動功率。