第2章 液壓動力元件及選用

2.1　液壓泵概述

2.1.1　液壓泵的分類

液壓泵的分類方式很多,按壓力的大小可分為低壓泵、中壓泵和高壓泵;按流量是否可調(diào)節(jié)分為定量泵和變量泵;按泵的結(jié)構(gòu)分為齒輪泵、葉片泵和柱塞泵,其中齒輪泵和葉片泵多用于中、低壓系統(tǒng),柱塞泵多用于高壓系統(tǒng)。液壓泵的詳細(xì)分類如表2?1所示。

2.1.2　工作原理

液壓泵都是依靠密封容積變化的原理進(jìn)行工作的,故一般稱為容積式液壓泵,圖2?1所示為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(油腔),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(yùn)動,使密封容積的大小發(fā)生周期性的交替變化。

吸油過程:當(dāng)油腔由小變大時就形成部分真空,使油箱中油液在大氣壓力作用下,經(jīng)吸油管頂開單向閥6進(jìn)入油腔而實(shí)現(xiàn)吸油。

壓油過程:當(dāng)油腔由大變小時,油腔中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統(tǒng)而實(shí)現(xiàn)壓油。

原動機(jī)驅(qū)動偏心輪不斷旋轉(zhuǎn),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,液壓泵就不斷地吸油和壓油。

液壓泵正常工作的必要條件如下。

①?必須有一個大小能做周期性變化的封閉容積,如圖2?1中的油腔(又稱工作腔)。

②?工作腔能周期性地增大和減小,當(dāng)它增大時與吸油口相連,當(dāng)它減小時與排油口相通,圖3?1中單向閥5和6起到了此作用,

③?吸油口與排油口不能連通,即不能同時開啟。

2.1.3　液壓泵的圖形符號

不同類型液壓泵的圖形符號如圖2?2所示。

2.1.4　液壓泵的主要性能參數(shù)及計算公式

(1)壓力

①?工作壓力　?液壓泵實(shí)際工作時的輸出壓力稱為工作壓力。工作壓力的大小取決于外負(fù)載的大小和排油管路上的壓力損失,而與液壓泵的流量無關(guān)。

②?額定壓力　?液壓泵在正常工作條件下,按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,連續(xù)長時間運(yùn)轉(zhuǎn)的最高壓力稱為液壓泵的額定壓力。

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

(2)排量

液壓泵每轉(zhuǎn)一周,由其密封容積幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積稱為液壓泵的排量V。

排量可調(diào)節(jié)的液壓泵稱為變量泵,排量不可調(diào)節(jié)的液壓泵稱為定量泵。

(3)流量

①?理論流量qt　?在不考慮液壓泵泄漏流量的情況下,在單位時間內(nèi)所排出液體體積的平均值稱為理論流量。

如果液壓泵的排量為V,其主軸轉(zhuǎn)速為n,該液壓泵的理論流量qt為

(2?1)

②?實(shí)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(shí)際流量,它等于理論流量qt減去泄漏流量Δq,即

③?額定流量qn　?液壓泵在正常工作條件下,按試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(如在額定轉(zhuǎn)速和額定轉(zhuǎn)速下)必須保證的流量。

(4)功率和效率

液壓泵由原動機(jī)驅(qū)動,輸入量是轉(zhuǎn)矩Tt和轉(zhuǎn)速n,輸出的是液體的壓力p和流量q。如果不考慮液壓泵能量轉(zhuǎn)化過程中的損失,則輸出功率等于輸入功率,即液壓泵的理論功率為

實(shí)際上,液壓泵在能量轉(zhuǎn)化過程中是有損失的,因此輸出功率小于輸入功率,兩者之間的差值即為功率損失,功率損失包括容積損失和機(jī)械損失兩部分。

容積損失是因泄漏、氣穴和油液在高壓下壓縮等造成的流量損失,對液壓泵來說,輸出壓力增大時,泵實(shí)際輸出的流量就減少,泵的流量損失用容積效率來表示,即

式中　?ηv——液壓泵的容積效率;

??Δq——液壓泵的泄漏流量。

機(jī)械損失是指因摩擦而造成的轉(zhuǎn)矩的損失。對液壓泵來說,泵的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩總是大于其理論上需要的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩,機(jī)械損失用機(jī)械效率來表示,即

式中?　ηm——液壓泵的機(jī)械效率;

??ΔT——液壓泵的損失轉(zhuǎn)矩。

液壓泵的總效率是其輸出功率和輸入功率之比,即

式中　?η——液壓泵的總效率,也就是說液壓泵的總效率等于容積效率和機(jī)械效率的乘積。

例2.1　?某液壓系統(tǒng)泵的排量為10mL/r,電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=1200r/min,泵的輸出壓力p?=5MPa,泵容積效率ηv=0.92,總效率η=0.84.求:(1)泵的理論流量;(2)泵的實(shí)際流量;(3)泵的輸出功率;(4)驅(qū)動電動機(jī)的功率。

解:(1)泵的理論流量qt=Vn

　　　　　　　　　　?=10×1200×10-3=12(L/min)

(2)泵的實(shí)際流量q=qtηv

　　　　　　　　?=12×0.92=11.04(L/min)

(3)泵的輸出功率P=Δpq

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

(4)驅(qū)動電動機(jī)功率Pm===1.09(kW)

而在實(shí)際上,液壓泵的容積效率和機(jī)械效率在總體上與油液的泄漏和摩擦副的摩擦有關(guān),而泄漏及摩擦損失則與泵的工作壓力、油液黏度、泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)。

圖3?3所示為液壓泵能量傳遞及效率特性曲線,由圖可見,在不同壓力下,液壓泵的效率值是不同的,在不同的轉(zhuǎn)速和黏度下,液壓泵的效率值也是不同的,可見液壓泵的使用轉(zhuǎn)速、工作壓力和傳動介質(zhì)均會影響其工作效率。

2.1.5　液壓泵的使用

(1)液壓泵的安裝

液壓泵安裝應(yīng)遵循如下原則。

①?液壓泵可以用支座或法蘭安裝,液壓泵和原動機(jī)應(yīng)采用共同的基礎(chǔ)支座,法蘭和基礎(chǔ)都應(yīng)有足夠的剛度。特別注意:流量大于(或等于)160L/min的柱塞泵,不宜安裝在油箱上。

②?液壓泵和原動機(jī)輸出軸之間應(yīng)采用彈性聯(lián)軸器連接,嚴(yán)禁在液壓泵軸上安裝帶輪或齒輪驅(qū)動液壓泵,若一定要用帶輪或齒輪與液壓泵連接,則應(yīng)加一對支座來安裝帶輪或齒輪,該支座與泵軸的同軸度誤差應(yīng)不大于?0.05mm。

③?吸油管要盡量短、直、大、厚,吸油管路一般需設(shè)置公稱流量不小于兩倍泵流量的粗過濾器(過濾精度一般為80~180μm)。液壓泵的泄油管應(yīng)直接接油箱,回油背壓應(yīng)不大于0.05MPa。液壓泵的吸油管口、回油管口均需在油箱最低油面200mm以下。特別注意：在柱塞泵吸油管道上不允許安裝過濾器,吸油管道上的截止閥通徑應(yīng)比吸油管道通徑大一擋,吸油管道長L大于2500mm,管道彎頭不多于兩個。

④?液壓泵進(jìn)、出油口應(yīng)安裝牢固,密封裝置要可靠,否則會產(chǎn)生吸入空氣或漏油的現(xiàn)象,影響液壓泵的性能。

⑤?液壓泵自吸高度不超過500mm(或進(jìn)口真空度不超過0.03MPa),若采用補(bǔ)油泵供油,供油壓力不得超過0.5MPa。當(dāng)供油壓力超過0.5MPa時,要改用耐壓密封圈。對于柱塞泵,應(yīng)盡量采用倒灌自吸方式。

⑥?液壓泵裝機(jī)前,應(yīng)檢查安裝孔的深度是否大于泵的軸伸長度,防止產(chǎn)生頂軸現(xiàn)象,否則將燒毀泵。

(2)液壓泵的使用

液壓泵使用時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①?液壓泵啟動時在正常運(yùn)行前應(yīng)先點(diǎn)動數(shù)次,當(dāng)液流方向和聲音都正常后,在低壓下運(yùn)轉(zhuǎn)5~10min,然后投入正常運(yùn)行。柱塞泵啟動前,必須通過殼上的泄油口向泵內(nèi)灌滿清潔的工作油。

②?油的黏度受溫度影響而變化,油溫升高,黏度隨之降低,故油溫要求保持60℃以下,為使液壓泵在不同的工作溫度下能夠穩(wěn)定工作,所選的油液應(yīng)具有黏度受溫度變化影響較小的油溫特性,以及較好的化學(xué)穩(wěn)定性、抗泡沫性能等。推薦使用L?Hm32或L?HM46抗磨液壓油。

③?油液必須潔凈，不得混有機(jī)械雜質(zhì)和腐蝕物質(zhì),吸油管路上無過濾裝置的液壓系統(tǒng),必須經(jīng)濾油車(過濾精度小于25μm)加油至油箱。

④?液壓泵的最高壓力和最高轉(zhuǎn)速,是指在液壓泵使用中短暫時間內(nèi)所允許的峰值,應(yīng)避免長期在峰值下使用液壓泵,否則將影響液壓泵的壽命。

⑤?液壓泵的正常工作油溫為15~65℃,泵殼上的最高溫度一般比油箱內(nèi)泵入口處的油溫高10~20℃,當(dāng)油箱內(nèi)油溫達(dá)65℃時,泵殼上最高溫度為75~85℃。