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叶片泵讲解

发布时间:2020-03-20 15:39:53      发布人:小编  浏览量:

一、叶片泵的分类与特点

叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。单作用叶片泵一般是变量泵,双作用叶叶片泵只能做成定量泵。两者的主要区别是定子内曲线的形状不同。曲线形状不同泵轴转一转时吸压油的次数也不相同,每转吸压油一次的是单作用叶片泵,吸压油两次的是双作用叶片泵。

叶片泵的主要优点:

1.输出流量比齿轮泵均匀,运转平稳,噪声小。

2.工作压力较高,容积效率也较高。

3.单作用叶片泵易于实现流量调节,双作用叶片泵则因转子所受径向液压力平衡,使用寿命长。

4.结构紧凑,轮廓尺寸小而流量较大。

叶片泵的主要缺点:

1.自吸性能较齿轮泵差,对吸油条件要求较严,其转速范围必须在500~1500r/min范围内。

2.对油液污染较敏感,叶片容易被油液中杂质咬死,工作可靠性较差。

3.结构较复杂,零件制造精度要求较高。

叶片泵主要用于机床控制,特别是双作用叶片泵因流量脉动很小,因此在精密机床中得到广泛使用。

二、单作用叶片泵

1.单作用叶片泵工作原理

下图是单作用叶片泵的工作原理图。泵主要由转子2、定子3、叶片4和配流盘等件组成。定子的内表面是圆柱面,转子和定子中心之间存在着偏心e,叶片在转子的槽内可灵活滑动,在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下,叶片顶部贴紧在定子内表面上,于是两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。因为泵在转子转一转的过程中,吸油、压油各一次,故称单作用叶片泵。转子单方向受力,轴承负载大。改变偏心距e,可改变泵排量,形成变量叶片泵。
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2.单作用叶片泵的平均流量计算

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3.单作用叶片泵的变量原理

变量叶片泵有内反馈式和外反馈式两种。

限压式内反馈变量叶片泵:

内反馈式变量泵操纵力来自泵本身的排油压力,内反馈式变量叶片泵配流盘的吸、排油窗口的布置如下图所示。

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由于存在偏角θ,排油压力对定子环的作用力可以分解为垂直于轴线oo1的分力F1及调节分力F2,调节分力F2与调节弹簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力及定子运动的惯性力相平衡。定子相对于转子的偏心距、泵的排量大小可由力的相对平衡来决定。

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变量特性曲线如下图所示。当泵的工作压力所形成的调节分力F2小于弹簧预紧力时,泵的定子环对转子的偏心距保持在最大值,不随工作压力的变化而变,由于泄漏,泵的实际输出流量随其压力增加而稍有下降,如图中AB段。当泵的工作压力P超过PB后,调节分力F2大于弹簧预紧力,使定子环向减小偏心距的方向移动,泵的排量开始下降(变量)。改变弹簧预紧力可以改变曲线的B点;调节最大流量调节螺钉,可以调节曲线的A点。
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限压式外反馈变量叶片泵:

外反馈变量泵原理及参数计算见下图,通过改变偏心距e值以改变泵流量。

三、双作用叶片泵

1.双作用叶片泵工作原理

双作用叶片泵的原理和单作用叶片泵相似,不同之处只在于定子内表面是由两段长半径圆弧、两段短半径圆弧和四段过渡曲线组成,且定子和转子是同心的。下图中,当转子顺时针方向旋转时,密封工作腔的容积在左上角和右下角处逐渐增大,为吸油区,在左下角和右上角处逐渐减小,为压油区;吸油区和压油区之间有一段封油区将吸、压油区隔开。这种泵的转子每转一转,每个密封工作腔完成吸油和压油动作各两次,所以称为双作用叶片泵。
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2.双作用叶片泵的平均流量计算

当两叶片从a,b位置转到c,d位置时,排出容积为M的油液;从c,d转到e,f时,吸进了容积为M的油液。从e,f 转到g,h时又排出了容积为M的油液;再从g,h转回到a,b时又吸进了容积为M的油液。流量的计算见下图。
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3.双作用叶片泵的高压化趋势

随着技术的发展,双作用叶片的最高工作压力已达到20-30MPa,这是因为双作用叶片泵转子上的径向力基本上是平衡的,不像齿轮泵和单作用叶片泵那样,工作压力的提高会受到径向承载能力的限制;叶片泵工作压力提高的主要限制条件是叶片和定子内表面的磨损。为了解决定子和叶片的磨损,要采取措施减小在吸油区叶片对定子内表面的压紧力,目前采取的主要结构措施有以下几种:

双叶片结构:见下图,各转子槽内装有两个经过倒角的叶片。两叶片的倒角部分构成从叶片底部通向头部的V型油道,因而作用在叶片底、头部的油压力相等,合理设计叶片头部的形状,使叶片头部承压面积略小于叶片底部承压面积。这个承压面积的差值就形成叶片对定子内表面的接触力。
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弹簧负载叶片结构:见上图,叶片的底面上开有三个弹簧孔,通过叶片头部和底部相连的小孔及侧面的半圆槽使叶片底面与头部沟通。接触压力为:叶片离心力、惯性力和弹簧力。不过,弹簧在工作过程中频繁受交变压缩,易引起疲劳损坏。

子母叶片结构:叶片槽中装有母叶片和子叶片,母、子叶片能自由地相对滑动,正确选择子叶片和母叶片的宽度尺寸之比可使母叶片和定子的接触压力适当;转子上的压力平衡孔使母叶片的头部和底部液压力相等,泵的排油压力通到母、子叶片之间的中间压力腔;叶片作用在定子上的力为:F=bt(p2-p1)。
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阶梯叶片结构:叶片做阶梯形式,转子上的叶片槽亦具有相应的形状。它们之间的中间油腔经配流盘上的槽与压力油相通,转子上的压力平衡油道把叶片头部的压力油引入叶片底部。这种结构由于叶片及槽的形状较为复杂,加工工艺性较差,应用较少。
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四、单双叶片泵的特点比较

1.单作用叶片泵的主要特点

存在困油现象:配流盘的吸、排油窗口间的密封角略大于两相邻叶片间的夹角,而单作用叶片泵的定子不存在与转子同心的圆弧段,因此,当上述被封闭的容腔发生变化时,会产生与齿轮泵相类似的困油现象。通常,通过配流盘排油窗口边缘开三角卸荷槽的方法来消除困油现象。

径向压力不平衡:叶片沿旋转方向向后倾斜,使转子承受径向液压力。单作用叶片泵转子上的径向液压力不平衡,轴承负荷较大。这使泵的工作压力和排量的提高均受到限制。

2.双作用叶片泵的主要特点

定子过度曲线:定子内表面的曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成,使叶片转到过渡曲线和圆弧段交接点处的加速度突变不大,以减小冲击和噪声,同时,还应使泵的瞬时流量的脉动最小,见下图。

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定子曲线:它直接影响着泵的流量均匀性、噪声、磨损等,同时过渡曲线应保证叶片贴紧在定子内表面上,保证叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度的变化均匀,使叶片对定子的内表面的冲击尽可能小。过渡曲线如采用阿基米德螺旋线,则叶片泵的流量理论上没有脉动,可是叶片在大、小圆弧和过渡曲线的连接点处产生很大的径向加速度,对定子产生冲击,造成连接点处严重磨损,并发生噪声。在连接点处用小圆弧进行修正,可以改善这种情况。另外,高次曲线和余弦曲线等也是目前得到较广泛应用的几种曲线。

叶片安放角:叶片在工作过程中,受离心力和叶片根部压力油的作用,使叶片和定子紧密接触。当叶片转至压油区时,定子内表面迫使叶片推向转子中心,它的工作情况和凸轮相似,叶片与定子内表面接触有一压力角,且大小是变化的(其变化规律与叶片径向速度变化规律相同-即从零逐渐增加到最大,又从最大逐渐减小到零)。因而在双作用叶片泵中,将叶片顺着转子回转方向前倾一定角度,使压力角减小,从而可以减小侧向力,保证叶片在槽中移动灵活,并可减少磨损。当叶片有安放角时,叶片泵就不允许反转。

以下两图是单作用叶片泵和双作用叶片泵中,叶片的倾斜对比。

端面间隙的自动补偿:为了提高压力,减少端面泄漏,将配流盘的外侧与压油腔连通,使配流盘在液压推力作用下压向转子。

流量脉动与叶片数:为了要使径向力完全平衡,密封空间数(即叶片数)应当是双数。双作用叶片泵如不考虑叶片厚度,泵的输出流量是均匀的,但实际叶片是有厚度的,长半径圆弧和短半径圆弧也不可能完全同心,尤其是叶片底部槽与压油腔相通,因此泵的输出流量将出现微小的脉动,但其脉动率较其他形式的泵(螺杆泵除外)小得多,且在叶片数为4的整数倍时最小。为此,双作用叶片泵的叶片数一般为12或16片。


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