2.2.3　葉片泵定子曲線

(1)定子曲線

定子曲線如圖2?19所示。它由兩段大半徑為R的圓弧b₁b₂和兩段小半徑為r的圓弧a₁a₂,以及圓弧間的四段過渡曲線b₁a₂和a₁b₂組成。理想的過渡曲線應保證葉片在轉子槽中滑動時徑向速度和加速度變化均勻,并且應使葉片在過渡曲線和圓弧交接點處的加速度突變較小,葉片頂部與定子內表面不產生脫空(葉片頂部短時間與定子內表面不接觸),從而保證葉片對定子表面的沖擊盡可能地小,對定子的磨損小,瞬時流量脈動小。

目前定子的過渡曲線有阿基米德螺線、等加速?等減速曲線等。

當采用阿基米德螺線時,由于葉片滑過過渡曲面的徑向速度為常量,徑向加速度為零,因此泵的瞬時流量脈動很小,但在過渡曲線與圓弧面連接處速度發生突然變化,從理論上認為加速度趨于無窮大,因此會造成葉片對定子的很大沖擊——硬性沖擊,使在連接處產生嚴重磨損和噪聲,故近些年來很少采用。

雙作用葉片泵的定子過渡曲線采用等加速?等減速曲線時,如圖2?20所示。曲線的極坐標方程為

ρ=r+θ2　(0<θ<α/2)(2?14)

ρ=2r-R+　(α/2<θ<α)(2?15)

式中　ρ——過渡曲線的極半徑;

　　R,?r——圓弧部分的大半徑和小半徑;

　　θ——極徑的坐標極角;

　　α——過渡曲線的中心角。

由式(2?14)和式(2?15)得出葉片的徑向速度和徑向加速度,如圖2?21所示。從圖中可以看出,當0<θ<α/2時,葉片的徑向運動為等加速;當α/2<θ<α時,葉片的徑向運動為等減速。在θ=0,θ=α/2,θ=α處,葉片運動的加速度仍有突變,但突變值遠比阿基米德螺線小,所產生的是柔性沖擊。柔性沖擊所引起的慣性力和造成定子的磨損比硬性沖擊小得多。所以我國設計的YB型雙作用葉片泵定子過渡曲線采用等加速?等減速曲線。目前在國外有些葉片泵的定子采用高次曲線,它能充分滿足葉片泵對定子曲線徑向速度、加速度和加速度變化率特性的要求,為高性能、低噪聲、高壽命的葉片泵廣泛采用。

(2)配油盤

雙作用葉片泵的配油盤如圖2?22所示,吸油窗口和排油窗口之間為封油區,為保證吸油腔和排油腔可靠隔開,通常應使封油區對應的中心角β稍大于或等于兩個葉片之間的夾角。當葉片間的工作腔從吸油區過渡到封油區(大半徑圓弧處)時,其油液壓力基本上與吸油壓力相同,但當轉子再繼續旋轉一個微小角度時,使該密封腔突然與排油腔相通,使其中油液壓力突然升高,油液的體積突然被壓縮,排油腔中的高壓油瞬間倒流進該腔,產生很大的壓力沖擊,引起液壓泵的壓力脈動和噪聲。為此在定子過渡曲線變化角α的范圍內設置有預升壓閉死角Δφ,同時在配油盤的排油窗口端部開有減振槽,使兩葉片之間的封閉油液在未進入排油區之前就通過該減振槽與排油腔的壓力油相通,和機械閉死壓縮共同作用,使其壓力逐漸上升到排油壓力后再和排油腔接通,減小配油時的壓力沖擊,減緩壓力脈動,降低噪聲。最常用的減振槽結構是截面形狀為三角形的三角槽。另外,為防止處于排油區的葉片發生脫空現象,將配油盤上用于把葉片底部和輸出壓力溝通的環形槽分隔為兩部分,在兩者之間開一個節流槽。葉片做向心運動時,其底部所排出的油液通過節流槽的作用排出,油壓可略高于葉片頂部壓力,有利于防止葉片的脫空。

(3)葉片傾角

葉片在轉子中放置時應當有利于葉片在轉子的槽中滑動,并且葉片對定子及轉子槽的磨損要小。葉片在工作過程中,受到離心力和葉片底部壓力油的作用,使葉片緊密地與定子接觸。設當葉片轉至壓油區時,定子內表面給葉片頂部反作用力為F_N,其方向為沿定子內表面曲線的法向,該力可分解為兩個力,即與葉片垂直的力F_T和沿葉片槽方向的力F,如圖2?23所示。其中F_T力的作用使葉片與轉子槽側壁產生很大的摩擦力,并且容易使葉片折斷。F_T力的大小取決于壓力角β(即作用力F_N方向與葉片運動方向的夾角)的大小,壓力角越大則F_T力越大。當轉子槽按旋轉方向傾斜α角時,可使原徑向排置葉片的壓力角β減小為β',這樣就可以減小與葉片垂直的力F_T,使葉片在轉子槽中移動靈活,減少磨損。由于不同轉角處的定子曲線的法線方向不同,由理論和實踐得出,一般葉片傾角α為10°~14°。