第2章 液压动力元件及选用

2.1　液压泵概述

2.1.1　液压泵的分类

液压泵的分类方式很多,按压力的大小可分为低压泵、中压泵和高压泵;按流量是否可调节分为定量泵和变量泵;按泵的结构分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵,其中齿轮泵和叶片泵多用于中、低压系统,柱塞泵多用于高压系统。液压泵的详细分类如表2⁃1所示。

2.1.2　工作原理

液压泵都是依靠密封容积变化的原理进行工作的,故一般称为容积式液压泵,图2⁃1所示为单柱塞液压泵的工作原理图,图中柱塞2装在缸体3中形成一个密封容积(油腔),柱塞在弹簧4的作用下始终压紧在偏心轮1上。原动机驱动偏心轮1旋转使柱塞2作往复运动,使密封容积的大小发生周期性的交替变化。

吸油过程:当油腔由小变大时就形成部分真空,使油箱中油液在大气压力作用下,经吸油管顶开单向阀6进入油腔而实现吸油。

压油过程:当油腔由大变小时,油腔中吸满的油液将顶开单向阀5流入系统而实现压油。

原动机驱动偏心轮不断旋转,这样液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能,液压泵就不断地吸油和压油。

液压泵正常工作的必要条件如下。

① 必须有一个大小能做周期性变化的封闭容积,如图2⁃1中的油腔(又称工作腔)。

② 工作腔能周期性地增大和减小,当它增大时与吸油口相连,当它减小时与排油口相通,图3⁃1中单向阀5和6起到了此作用,

③ 吸油口与排油口不能连通,即不能同时开启。

2.1.3　液压泵的图形符号

不同类型液压泵的图形符号如图2⁃2所示。

2.1.4　液压泵的主要性能参数及计算公式

(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,连续长时间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

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称为液压泵的排量V。

排量可调节的液压泵称为变量泵,排量不可调节的液压泵称为定量泵。

(3)流量

① 理论流量qt　 在不考虑液压泵泄漏流量的情况下,在单位时间内所排出液体体积的平均值称为理论流量。

如果液压泵的排量为V,其主轴转速为n,该液压泵的理论流量qt为

(2⁃1)

② 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qt减去泄漏流量Δq,即

③ 额定流量qn　 液压泵在正常工作条件下,按试验标准规定(如在额定转速和额定转速下)必须保证的流量。

(4)功率和效率

液压泵由原动机驱动,输入量是转矩Tt和转速n,输出的是液体的压力p和流量q。如果不考虑液压泵能量转化过程中的损失,则输出功率等于输入功率,即液压泵的理论功率为

实际上,液压泵在能量转化过程中是有损失的,因此输出功率小于输入功率,两者之间的差值即为功率损失,功率损失包括容积损失和机械损失两部分。

容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等造成的流量损失,对液压泵来说,输出压力增大时,泵实际输出的流量就减少,泵的流量损失用容积效率来表示,即

式中　 ηv——液压泵的容积效率;

  Δq——液压泵的泄漏流量。

机械损失是指因摩擦而造成的转矩的损失。对液压泵来说,泵的驱动转矩总是大于其理论上需要的驱动转矩,机械损失用机械效率来表示,即

式中 　ηm——液压泵的机械效率;

  ΔT——液压泵的损失转矩。

液压泵的总效率是其输出功率和输入功率之比,即

式中　 η——液压泵的总效率,也就是说液压泵的总效率等于容积效率和机械效率的乘积。

例2.1　 某液压系统泵的排量为10mL/r,电动机转速n=1200r/min,泵的输出压力p =5MPa,泵容积效率ηv=0.92,总效率η=0.84.求:(1)泵的理论流量;(2)泵的实际流量;(3)泵的输出功率;(4)驱动电动机的功率。

解:(1)泵的理论流量qt=Vn

　　　　　　　　　　 =10×1200×10-3=12(L/min)

(2)泵的实际流量q=qtηv

　　　　　　　　 =12×0.92=11.04(L/min)

(3)泵的输出功率P=Δpq

　　　　　　　　 =5×106×200×10-6×0.92=0.92(kW)

(4)驱动电动机功率Pm===1.09(kW)

而在实际上,液压泵的容积效率和机械效率在总体上与油液的泄漏和摩擦副的摩擦有关,而泄漏及摩擦损失则与泵的工作压力、油液黏度、泵的转速有关。

图3⁃3所示为液压泵能量传递及效率特性曲线,由图可见,在不同压力下,液压泵的效率值是不同的,在不同的转速和黏度下,液压泵的效率值也是不同的,可见液压泵的使用转速、工作压力和传动介质均会影响其工作效率。

2.1.5　液压泵的使用

(1)液压泵的安装

液压泵安装应遵循如下原则。

① 液压泵可以用支座或法兰安装,液压泵和原动机应采用共同的基础支座,法兰和基础都应有足够的刚度。特别注意:流量大于(或等于)160L/min的柱塞泵,不宜安装在油箱上。

② 液压泵和原动机输出轴之间应采用弹性联轴器连接,严禁在液压泵轴上安装带轮或齿轮驱动液压泵,若一定要用带轮或齿轮与液压泵连接,则应加一对支座来安装带轮或齿轮,该支座与泵轴的同轴度误差应不大于ϕ0.05mm。

③ 吸油管要尽量短、直、大、厚,吸油管路一般需设置公称流量不小于两倍泵流量的粗过滤器(过滤精度一般为80~180μm)。液压泵的泄油管应直接接油箱,回油背压应不大于0.05MPa。液压泵的吸油管口、回油管口均需在油箱最低油面200mm以下。特别注意：在柱塞泵吸油管道上不允许安装过滤器,吸油管道上的截止阀通径应比吸油管道通径大一挡,吸油管道长L大于2500mm,管道弯头不多于两个。

④ 液压泵进、出油口应安装牢固,密封装置要可靠,否则会产生吸入空气或漏油的现象,影响液压泵的性能。

⑤ 液压泵自吸高度不超过500mm(或进口真空度不超过0.03MPa),若采用补油泵供油,供油压力不得超过0.5MPa。当供油压力超过0.5MPa时,要改用耐压密封圈。对于柱塞泵,应尽量采用倒灌自吸方式。

⑥ 液压泵装机前,应检查安装孔的深度是否大于泵的轴伸长度,防止产生顶轴现象,否则将烧毁泵。

(2)液压泵的使用

液压泵使用时应注意以下几点。

① 液压泵启动时在正常运行前应先点动数次,当液流方向和声音都正常后,在低压下运转5~10min,然后投入正常运行。柱塞泵启动前,必须通过壳上的泄油口向泵内灌满清洁的工作油。

② 油的黏度受温度影响而变化,油温升高,黏度随之降低,故油温要求保持60℃以下,为使液压泵在不同的工作温度下能够稳定工作,所选的油液应具有黏度受温度变化影响较小的油温特性,以及较好的化学稳定性、抗泡沫性能等。推荐使用L⁃Hm32或L⁃HM46抗磨液压油。

③ 油液必须洁净，不得混有机械杂质和腐蚀物质,吸油管路上无过滤装置的液压系统,必须经滤油车(过滤精度小于25μm)加油至油箱。

④ 液压泵的最高压力和最高转速,是指在液压泵使用中短暂时间内所允许的峰值,应避免长期在峰值下使用液压泵,否则将影响液压泵的寿命。

⑤ 液压泵的正常工作油温为15~65℃,泵壳上的最高温度一般比油箱内泵入口处的油温高10~20℃,当油箱内油温达65℃时,泵壳上最高温度为75~85℃。