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液壓動力元件---葉片泵
             液壓動力元件

    液壓動力元件起著向系統提供動力源的作用,是系統不可缺少的核心元件。液壓系統是以液壓泵作為向系統提供一定的流量和壓力的動力元件,液壓泵將原動機(電動機或內燃機)輸出的機械能轉換為工作液體的壓力能,是一種能量轉換裝置。

第一節、 液壓泵的概述

    一、液壓泵的工作原理及特點

  1.液壓泵的工作原理

       
      

       圖3—1 液壓泵工作原理圖

  液壓泵都是依靠密封容積變化的原理來進行工作的,故一般稱為容積式液壓泵,圖3-1所示的是一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a,柱塞在彈簧4的作用下始終壓緊在偏心輪1上。原動機驅動偏心輪1旋轉使柱塞2作往復運動,使密封容積a的大小發生周期性的交替變化。當a有小變大時就形成部分真空,使油箱中油液在大氣壓作用下,經吸油管頂開單向閥6進入油箱a而實現吸油;反之,當a由大變小時,a腔中吸滿的油液將頂開單向閥5流入系統而實現壓油。這樣液壓泵就將原動機輸入的機械能轉換成液體的壓力能,原動機驅動偏心輪不斷旋轉,液壓泵就不斷地吸油和壓油。

  2.液壓泵的特點

   單柱塞液壓泵具有一切容積式液壓泵的基本特點:

 (1)具有若干個密封且又可以周期性變化空間。液壓泵輸出流量與此空間的容積變化量和單位時間內的變化次數成正比,與其他因素無關。這是容積式液壓泵的一個重要特性。

 (2)油箱內液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。這是容積式液壓泵能夠吸入油液的外部條件。因此,為保證液壓泵正常吸油,油箱必須與大氣相通,或采用密閉的充壓油箱。

 (3)具有相應的配流機構,將吸油腔和排液腔隔開,保證液壓泵有規律地、連續地吸、排液體。液壓泵的結構原理不同,其配油機構也不相同。如圖3-1中的單向閥5、6就是配油機構。

  容積式液壓泵中的油腔處于吸油時稱為壓油腔。吸油腔的壓力決定于吸油高度和吸油管路的阻力吸油高度過高或吸油管路阻力太大,會使吸油腔真空度過高而影響液壓泵的自吸能力,壓油腔的壓力則取決于外負載和排油管路的壓力損失,從理論上講排油壓力與液壓泵的流量無關。

  容積式液壓泵排油的理論流量取決于液壓泵的有關幾何尺寸和轉速,而與排油壓力無關。但排油壓力會影響泵的內泄露和油液的壓縮量,從而影響泵的實際輸出流量,所以液壓泵的實際輸出流量隨排油壓力的升高而降低。

  液壓泵按其在單位時間內所能輸出的油液的體積是否可調節而分為定量泵和變量泵兩類;按結構形式可分為齒輪式、葉片式和柱塞式三大類。

     二、液壓泵的主要性能參數

   1.壓力

  (1)工作壓力。液壓泵實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。

  (2)額定壓力。液壓泵在正常工作條件下,按試驗標準規定連續運轉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,根據試驗標準規定,允許液壓泵短暫運行的最高壓力值,稱為液壓泵的最高允許壓力。

   2.排量和流量

  (1)排量V。液壓泵每轉一周,由其密封容積幾何尺寸變化計算而得的排出液體的體積叫液壓泵的排量。排量可調節的液壓泵稱為變量泵;排量為常數的液壓泵則稱為定量泵。

  (2)理論流量qi。理論流量是指在不考慮液壓泵的泄漏流量的情況下,在單位時間內所排出的液體體積的平均值。顯然,如果液壓泵的排量為V,其主軸轉速為n,則該液壓泵的理論流量qi為:

     (3-1)

  (3) 實際流量q   液壓泵在某一具體工況下, 單位時間內所排出的液體體積稱為實際流量,它等于理論流量qi減去泄漏流量Δq,即:

     (3-2)

  (4)額定流量qn。液壓泵在正常工作條件下,按試驗標準規定(如在額定壓力和額定轉速下)必須保證的流量。

   3.功率和效率

  (1)液壓泵的功率損失。液壓泵的功率損失有容積損失和機械損失兩部分:

 ①容積損失。容積損失是指液壓泵流量上的損失,液壓泵的實際輸出流量總是小于其理論流量,其主要原因是由于液壓泵內部高壓腔的泄漏、油液的壓縮以及在吸油過程中由于吸油阻力太大、油液粘度大以及液壓泵轉速高等原因而導致油液不能全部充滿密封工作腔。液壓泵的容積損失用容積效率來表示,它等于液壓泵的實際輸出流量q與其理論流量qi之比即:

    (3-3)

   因此液壓泵的實際輸出流量q為

     (3-4)

  式中:V為液壓泵的排量(m3/r);n為液壓泵的轉速(r/s)。

  液壓泵的容積效率隨著液壓泵工作壓力的增大而減小,且隨液壓泵的結構類型不同而異,但恒小于1。

 ②機械損失。機械損失是指液壓泵在轉矩上的損失。液壓泵的實際輸入轉矩T0總是大于理論上所需要的轉矩Ti,其主要原因是由于液壓泵體內相對運動部件之間因機械摩擦而引起的摩擦轉矩損失以及液體的粘性而引起的摩擦損失。液壓泵的機械損失用機械效率表示,它等于液壓泵的理論轉矩Ti與實際輸入轉矩T0之比,設轉矩損失為ΔT,則液壓泵的機械效率為:

    

  (2)液壓泵的功率。

 ①輸入功率Pi。液壓泵的輸入功率是指作用在液壓泵主軸上的機械功率,當輸入轉矩為T0,角速度為ω時,有:

      (3-6)

 ②輸出功率P   液壓泵的輸出功率是指液壓泵在工作過程中的實際吸、壓油口間的壓差Δp和輸出流量q的乘積,即:

      (3-7)

   式中:Δp為液壓泵吸、壓油口之間的壓力差(N/m2);q為液壓泵的實際輸出流量(m3/s);p為液壓泵的輸出功率(N·m/s或W)。

   在實際的計算中,若油箱通大氣,液壓泵吸、壓油的壓力差往往用液壓泵出口壓力p代入。

(3)液壓泵的總效率。液壓泵的總效率是指液壓泵的實際輸出功率與其輸入功率的比值,即:

        (3-8)

   其中 Δpqi/ω為理論輸入轉矩Ti。

   由式(3-8)可知,液壓泵的總效率等于其容積效率與機械效率的乘積,所以液壓泵的輸入功率也可寫成:

       (3-9)

   液壓泵的各個參數和壓力之間的關系,如圖3-2所示。
           
                    圖3-2  液壓泵的特性曲線

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