第2章　液壓泵和液壓馬達

2.1　概述

在液壓系統中，液壓泵和液壓馬達都是能量轉換元件，液壓泵用于將機械能轉換為液體的壓力能，是動力元件；液壓馬達是液壓泵的逆裝置，可將液體的壓力能轉換為機械能并輸出運動，是執行元件。圖2.1（a）、（b）表示了液壓泵和液壓馬達的能量轉換關系。

液壓系統中使用的液壓泵和液壓馬達都是容積式的，其工作原理是利用密封容積變化來產生壓力能（液壓泵），或輸出機械能（液壓馬達）。

2.1.1　液壓泵和液壓馬達的工作原理

圖2.2是容積式液壓泵的工作原理圖。凸輪1旋轉時，柱塞2在凸輪1和彈簧3的作用下左右移動，柱塞向右移動時，柱塞2和缸體組成的密封容積4變大，形成真空，油箱中的油液在大氣壓的作用下經單向閥5和油管吸入，當凸輪推動柱塞向左運動時密封空間變小，已吸入的油液受到擠壓，經單向閥6排到液壓系統中去。凸輪不斷地運動，密封容積周期性變小和增大完成排油和吸油。

由此可見，容積式泵的工作原理是：

必定有一個或若干個周期變化的工作容積，密封工作容積變大時，形成一定真空完成吸油，密封空間變小時，油液受到擠壓排到系統中。

為了使密封工作容積變大時和吸油管相連，密封工作容積變小時和排油管相連，需要有相應的配油機構。

吸油口和排油口不得連通。

液壓馬達是產生連續旋轉運動的執行元件，通過輸入一定壓力的油液，輸出轉矩和轉速。從原理上講，液壓馬達和液壓泵是互逆的，但結構上大多不相同，因此一般不能互逆使用。

2.1.2　液壓泵與液壓馬達的性能參數

液壓泵（液壓馬達）的基本性能參數主要有壓力、排量、流量、效率和功率。

1.工作壓力和額定壓力

工作壓力：液壓泵和液壓馬達的工作壓力是指泵（馬達）實際工作時的壓力，對泵來說工作壓力是指它的輸出油液壓力；對馬達來說，則是指它的輸入壓力。在實際工作中，泵的壓力是隨負載而定的。

額定壓力：液壓泵（液壓馬達）的額定壓力是指泵（馬達）在正常工作條件下，按試驗標準規定連續運轉的最高壓力，超過此值就是過載。

2.排量和流量

液壓泵（液壓馬達）的排量有每轉排量（用V表示）和每弧度排量（用Vd表示）之分。

每轉排量V：泵（馬達）每轉一圈，由其幾何尺寸計算而得到的排出（或吸入）液體的體積（即在無泄漏的情況下，其每轉一圈所能輸出的液體體積），稱為泵的每轉排量，簡稱為排量（m3/r）。

每弧度排量Vd：泵（馬達）每轉一弧度，由其幾何尺寸計算而得到的排出（或吸入）液體的體積，稱為泵（馬達）的每弧度排量（m3/rad）。

理論流量qt：在不考慮泄漏的情況下，泵（馬達）在單位時間內排出（輸入）的液體體積稱為泵（馬達）的理論流量。設泵（馬達）的角速度為ω（轉速為n），則qt=V×n=Vd×ω。

實際流量q：泵工作時實際排出的流量稱為泵的實際流量。它等于泵的理論流量qt減去泄漏流量（含壓縮損失）ql，即q=qt-ql。ql為容積流失，它與工作油液的黏度，泵的密封性及工作壓力p等因素有關。對于馬達，實際流量與理論流量的關系為：q=qt+ql。

額定流量qn：指在正常工作條件下，按試驗標準規定必須保證的流量，亦即在額定轉速和額定壓力下泵輸出（或輸入到馬達中去）的實際流量。

3.效率和功率

（1）液壓泵的效率

①液壓泵的容積效率：液壓泵的容積效率為實際流量與理論流量的比值，用ην表示，即

圖2.3反映了液壓泵的實際流量及理論流量與壓力的關系。

②液壓泵的機械效率：由于液壓泵存在機械摩擦（相對運動零件之間及液體黏性摩擦），因此它的輸入轉矩T必然大于理論轉矩Tt，則理論轉矩

Tt=T-ΔT

式中：ΔT——轉矩損失。

液壓泵的機械效率是理論轉矩和實際輸入轉矩的比值，用ηm表示。

（2）液壓馬達的效率

①液壓馬達的容積效率：對液壓馬達來講，其輸入流量q要大于其理論流量qt，因為工作時有泄漏流量ql，故液壓馬達的容積效率為

②液壓馬達的機械效率：由于液壓馬達運轉時相對運動件之間的機械摩擦引起的轉矩損失，使液壓馬達輸出的轉矩T要小于其理論轉矩值Tt，轉矩損失為ΔT，故液壓馬達的機械效率為

（3）液壓泵與液壓馬達的功率

液壓泵由電動機（或其他原動機）驅動，輸入量是轉矩和轉速（角速度），輸出量是液體的壓力和流量。液壓馬達則剛好相反，輸入量是液體的壓力和流量，輸出量是轉矩和轉速（角速度）。如果不考慮液壓泵（液壓馬達）在能量轉換過程中的損失，則輸出功率等于輸入功率，也就是它們的理論功率是

P=pqt=Ttω

（4）液壓泵與液壓馬達的總效率

液壓泵與液壓馬達的總效率是其輸出功率和輸入功率之比，用η表示為

η=ηνηm

2.1.3　液壓泵和液壓馬達的分類

1.液壓泵的分類

液壓泵通常可按結構不同分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵三種。

2.液壓馬達的分類

液壓馬達按轉速及結構不同分為：

（1）高速液壓馬達。高速液壓馬達按結構不同又可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三種。

（2）低速大轉矩液壓馬達。低速大轉矩液壓馬達按結構不同又可分為軸向式和徑向式兩類。

液壓泵和液壓馬達的圖形符號如圖2.4所示。