第一節(jié)　液壓泵概述

液壓泵是液壓傳動系統(tǒng)中將機械能轉(zhuǎn)換成液體壓力能的重要動力元件，是液壓傳動系統(tǒng)的心臟，它是將電動機（或其他原動機）輸入的機械能轉(zhuǎn)變成液壓能的能量轉(zhuǎn)換裝置，其作用是給液壓系統(tǒng)提供足夠的壓力油。

一、液壓泵原理簡介

在液壓傳動系統(tǒng)中，液壓泵都是容積式泵，是靠密封工作腔的容積變化進行工作的。如圖1-1所示，以簡單的單活塞泵為例來簡要闡述液壓泵的工作原理。

由活塞3和缸體4以及單向閥5、6組成一個可以封閉的工作腔室A，當曲柄連桿機構1和2帶動活塞在缸體內(nèi)做往復直線運動時，就可以使工作腔室A的容積發(fā)生周期性變化。當活塞向缸體外側（圖中左側）移動時，工作腔室A的容積逐漸增大，形成真空，油箱7中的液體（液壓油）在大氣壓的作用下，經(jīng)單向閥6進入工作腔，使工作腔A充滿液壓油，這就是泵的吸油過程。在吸油過程中，單向閥5在系統(tǒng)壓力作用下始終保持關閉狀態(tài)。當活塞向內(nèi)（圖中向右）移動時，工作腔容積變小，油液因受到壓縮而使其壓力升高，這時單向閥6因腔內(nèi)的壓力升高而處于關閉狀態(tài)，當工作腔內(nèi)的壓力升高到系統(tǒng)的壓力時，單向閥5被打開，泵向液壓系統(tǒng)供給壓力油，這就是壓油過程。當曲柄1在電機或其他原動機的帶動下做連續(xù)的圓周運動時，活塞泵的工作腔周期性地實現(xiàn)上述過程，使液壓油源源不斷地供給液壓系統(tǒng)。

由以上的分析可以歸納出構成容積泵必須具備以下基本條件。

①結構上能夠?qū)崿F(xiàn)可變的密閉容積。

②具有適時可以控制吸、排油的配流裝置。

由于周期性變化容積組成的結構不同，控制吸壓油的配流裝置不同，液壓泵可分為柱塞泵、齒輪泵、葉片泵三大類。

二、齒輪泵原理簡介

依靠缸體與嚙合齒輪間形成的工作容積的變化和移動來輸送液體或使之增壓的泵為齒輪泵。齒輪泵是一種常用的液壓泵，主要特點是結構簡單、制造方便、價格低廉、體積小、重量輕、自吸性能好、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)。

齒輪泵被廣泛地應用于采礦設備、冶金設備、建筑機械、工程機械、農(nóng)林機械等各個行業(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用較廣，而內(nèi)嚙合齒輪泵則多為輔助泵。

1.外嚙合齒輪泵的工作原理

圖1-2為外嚙合齒輪泵的工作原理，由于齒輪兩端面與泵蓋的間隙以及齒輪的齒頂與泵體內(nèi)表面的間隙都很小。因此，一對嚙合的輪齒將泵體、前后泵蓋和齒輪包圍的密封容積分隔成左、右兩個密封工作腔。當原動機帶動齒輪如圖示方向旋轉(zhuǎn)時，左側的輪齒不斷退出嚙合，其密封工作腔容積逐漸增大，形成局部真空，油箱中的油液在大氣壓力的作用下經(jīng)泵的吸油口進入吸油腔。右側的輪齒不斷進入嚙合，隨著齒輪的轉(zhuǎn)動，吸入的油液被齒間轉(zhuǎn)移到右側的密封工作腔。右側進入嚙合的輪齒使壓油腔容積逐漸減小，把齒間油液擠出，從壓油口輸出，壓入液壓系統(tǒng)。這就是齒輪泵的吸油和壓油過程。齒輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，泵連續(xù)不斷地吸油和壓油。

2.內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理

內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒形齒輪泵和擺線齒形齒輪泵兩種。

圖1-3所示為內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵工作原理，內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵主要由主動齒輪1、從動齒輪2、月牙板3、軸及軸承、側板等組成。其工作原理為：相互嚙合的主動齒輪1和從動齒輪2與側板圍成的密封容積被月牙板3和齒輪的嚙合線分隔成兩部分，即形成吸油腔和壓油腔。當傳動軸帶動小齒輪按圖示方向旋轉(zhuǎn)時，外齒輪同向旋轉(zhuǎn)。圖中上半輪齒脫開嚙合，密封容積逐漸增大，形成局部真空度，油液在大氣壓作用下進入密封容積內(nèi)，即吸油；下半輪齒進入嚙合，使其密封容積逐漸減小，油液被擠壓，壓力增大，即排油。

內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵與外嚙合齒輪泵相比，其結構緊湊，重量輕，噪聲小，效率高，還可以做到無困油現(xiàn)象。它的不足之處是齒形復雜，用專門的高精度加工設備才能生產(chǎn)出來。隨著科技水平的發(fā)展，內(nèi)嚙合漸開線齒輪泵將會有更廣闊的應用前景。

內(nèi)嚙合擺線齒輪泵又稱為擺線轉(zhuǎn)子泵，它具有結構緊湊，零件少、工作容積大，轉(zhuǎn)速高，運動平穩(wěn)等優(yōu)點。

由于齒數(shù)較少（一般為4～7個），其流量脈動比較大，嚙合處間隙泄漏大，通常作為潤滑、補油等輔助泵使用。圖1-4為內(nèi)嚙合擺線齒輪泵工作原理，在內(nèi)嚙合擺線齒輪泵中，外轉(zhuǎn)子1和內(nèi)轉(zhuǎn)子2只差一個齒，中間沒有月牙板，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的軸心線有一偏心距e。內(nèi)轉(zhuǎn)子為主動輪，內(nèi)、外轉(zhuǎn)子與兩側配油板間形成密封容積。內(nèi)、外轉(zhuǎn)子的嚙合線又將密封容積分為吸油腔和壓油腔。當內(nèi)轉(zhuǎn)子按圖示方向轉(zhuǎn)動時，左側密封容積逐漸變大，形成局部真空度，油液在大氣壓作用下進入密封容積內(nèi)，即吸油；右側密封容積逐漸變小，油液被擠壓，壓力增大，即排油。

此外，螺桿泵也是齒輪泵的一種特殊結構形式，其原理與結構特點如圖1-5所示。

螺桿泵中由于主動螺桿3和從動螺桿1的螺旋面在垂直于螺桿軸線的橫截面上是一對共軛擺線齒輪，故又稱為擺線螺桿泵。螺桿泵的工作機構主要由互相嚙合且裝于定子內(nèi)的三根螺桿組成，中間一根為主動螺桿，由電機帶動，旁邊兩根為從動螺桿，另外還有前、后端蓋等主要零件。螺桿的嚙合線把主動螺桿和從動螺桿的螺旋槽分割成多個相互隔離的密封腔。隨著螺桿的旋轉(zhuǎn)，這些密封工作腔一個接一個地在左端形成，并不斷地從左向右移動。主動螺桿每轉(zhuǎn)一周，每個密封工作腔便移動一個螺旋導程。因此，在左端吸油腔，密封油腔容積逐漸增大，進行吸油，而在右端壓油腔，密封油腔容積逐漸減小，進行壓油。由此可知，螺桿直徑越大，螺旋槽越深，泵的排量就越大；螺桿越長，吸油腔2和壓油腔4之間密封層次越多，泵的額定壓力就越高。

螺桿泵的優(yōu)點是：結構簡單緊湊，體積小，動作平穩(wěn)，噪聲小，流量和壓力脈動小，螺桿轉(zhuǎn)動慣量小，快速運動性能好，因此已較多地應用于精密機床的液壓系統(tǒng)中。其缺點是：由于螺桿形狀復雜，加工比較困難。

三、葉片泵原理簡介

由葉片作用產(chǎn)生周期性變化的密封容積的泵稱為葉片泵。葉片泵具有排油均勻、工作平穩(wěn)、噪聲小等特點。根據(jù)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周的吸、壓油次數(shù)不同，葉片泵可分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵。一般單作用葉片泵往往是做成變量泵結構，雙作用葉片泵則只能做成定量泵結構。

1.單作用葉片泵的工作原理

單作用葉片泵主要由配油盤、轉(zhuǎn)子、定子、葉片、殼體等零件組成，如圖1-6所示。葉片泵的定子具有圓柱形的內(nèi)表面，轉(zhuǎn)子上有均布槽，矩形葉片安放在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)，并可在槽內(nèi)滑動。轉(zhuǎn)子中心與定子中心不重合，有一個偏心距e。

當轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)時，葉片靠自身的離心力貼緊定子的內(nèi)表面，并在轉(zhuǎn)子槽里做往復運動。定子、轉(zhuǎn)子、葉片和配油盤間形成了若干個密封工作容積。

當發(fā)動機帶動轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，右邊的葉片逐漸伸出，相鄰兩葉片間的空間容積逐漸增大，形成局部真空，從吸油口吸油；左邊的葉片被定子的內(nèi)表面逐漸壓進槽內(nèi)，兩相鄰葉片間的空間容積逐漸減小，將工作油液從壓油口壓出。在吸油腔與壓油腔之間有一段封油區(qū)，把吸油腔和壓油腔隔開，稱作過渡區(qū)。

當轉(zhuǎn)子不斷地旋轉(zhuǎn)，泵就不斷地吸油和排油。這種葉片泵的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一周，各葉片間容積只吸、排油各一次，因此叫單作用葉片泵。改變偏心距e便可改變泵的流量，成為變量葉片泵。

2.雙作用葉片泵工作原理

圖1-7為雙作用葉片泵的工作原理，它的作用原理和單作用葉片泵相似，不同之處在于定子內(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，且定子和轉(zhuǎn)子是同心的，當轉(zhuǎn)子逆時針方向旋轉(zhuǎn)時，密封工作腔的容積在左上角和右下角處逐漸減小，為壓油區(qū)；在左下角和右上角處逐漸增大，為吸油區(qū)。

吸油區(qū)和壓油區(qū)之間有一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開。這種泵的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個密封工作腔完成吸油和壓油動作各兩次，所以稱為雙作用葉片泵。由于雙作用葉片泵有兩個吸油區(qū)和兩個排油區(qū)，并且各自的中心夾角是對稱的，所以作用在轉(zhuǎn)子上的油壓作用力互相平衡。因此，這種泵也稱為平衡式葉片泵。

四、柱塞泵原理簡介

由柱塞作用產(chǎn)生周期性變化的密閉容積的泵為柱塞泵。柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復運動時密封工作容積的變化來實現(xiàn)吸油和排油的。由于柱塞與缸體內(nèi)孔均為圓柱表面，滑動表面配合精度高，所以這類泵的特點是泄漏小，容積效率高，可以在高壓下工作。根據(jù)柱塞排列方式的不同，柱塞泵可分為軸向式和徑向式兩種。

1.軸向柱塞泵的原理

軸向柱塞泵可分為斜盤式和斜軸式兩大類，圖1-8所示為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理。泵由傳動軸、斜盤、柱塞、缸體、配流盤等主要零件組成，斜盤2和配流盤4是不動的，傳動軸1帶動缸體3和柱塞5一起轉(zhuǎn)動，柱塞5靠彈簧等機械裝置壓緊在斜盤上。

當傳動軸按圖1-8所示方向旋轉(zhuǎn)時，柱塞5在其沿斜盤自下而上回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)在彈簧作用下逐漸向缸體外伸出，使缸體孔內(nèi)密封工作腔容積不斷增加，產(chǎn)生局部真空，從而將油液經(jīng)配流盤4上的進油口吸入；柱塞在其自上而下回轉(zhuǎn)的半周內(nèi)又被斜盤逐漸向里推入，使密封工作腔容積不斷減小，將油液從配流盤出油口向外排出，缸體每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，每個柱塞往復運動一次，完成一次吸油動作。改變斜盤的傾角，就可以改變密封工作容積的有效變化量，實現(xiàn)泵的變量。

圖1-9為斜軸式軸向柱塞泵的工作原理，傳動軸5的軸線相對于缸體3存在傾角，柱塞2與傳動軸圓盤之間用相互鉸接的連桿4相連。

當傳動軸5沿圖示方向旋轉(zhuǎn)時，連桿4就帶動柱塞2連同缸體3一起繞缸體軸線旋轉(zhuǎn)，柱塞2同時也在缸體的柱塞孔內(nèi)做往復運動，使柱塞孔底部的密封腔容積不斷增大或縮小，通過配流盤1上的窗口實現(xiàn)吸油和排油。

與斜盤式泵相比較，斜軸式泵由于缸體所受的不平衡徑向力較小，故結構強度較高，可以有較高的設計參數(shù)，其缸體軸線與驅(qū)動軸的夾角較大，變量范圍較大；但外形尺寸較大，結構也較復雜。目前，斜軸式軸柱塞泵的使用相當廣泛。

在變量形式上，斜盤式軸向柱塞泵靠斜盤擺動變量，斜軸式軸向柱塞泵則為擺缸變量；因此，后者的變量系統(tǒng)的響應較慢。

2.徑向柱塞泵的原理

圖1-10是徑向柱塞泵的工作原理，由圖可見，徑向柱塞泵的柱塞徑向布置在缸體上；在轉(zhuǎn)子2上徑向均勻分布著數(shù)個柱塞孔，孔中裝有柱塞5；轉(zhuǎn)子2的中心與定子1的中心之間有一個偏心量e。在固定不動的配流軸3上，相對于柱塞孔的部位有相互隔開的上下兩個配油窗口，該配油窗口又分別通過所在部位的兩個軸向孔與泵的吸、排油口連通。當轉(zhuǎn)子2旋轉(zhuǎn)時，柱塞5在離心力及機械回程力作用下，它的頭部與定子1的內(nèi)表面緊密接觸，由于轉(zhuǎn)子2與定子1存在偏心，所以柱塞5在隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，又在柱塞孔內(nèi)做徑向往復滑動，當轉(zhuǎn)子2按圖示箭頭方向旋轉(zhuǎn)時，上半周的柱塞皆往外滑動，柱塞孔的密封容積增大，通過軸向孔吸油；下半周的柱塞皆往里滑動，柱塞底部的密封工作容積縮小，通過配流軸向外排壓力油。

當移動定子，改變偏心量的大小時，泵的排量就發(fā)生改變；當移動定子使偏心量從正值變?yōu)樨撝禃r，泵的吸、排油口就互相調(diào)換，因此，徑向柱塞泵可以是單向或雙向變量泵，為了流量脈動率盡可能小，通常采用奇數(shù)柱塞。

徑向柱塞泵的徑向尺寸大，結構較復雜，自吸能力差，并且配流軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易于磨損，這些都限制了它的工作轉(zhuǎn)速和輸出壓力的提高。