V?2??R2?r2?B?2(3-17) R?r??22bzB?2B??R?r?bz? cos?cos???R?r??所以当双作用叶片泵的转数为n,泵的容积效率为?V时,泵的理论流量和实际输出流量分别为:
qi?Vn?2B??R2?r2??bz?n (3-18) ?cos??? q?qi?V?2B??R2?r2??bz?n?V (3-19) ?cos???双作用叶片泵如不考虑叶片厚度,泵的输出流量是均匀的,但实际叶片是有厚度的,长半径圆弧和短半径圆弧也不可能完全同心,尤其是叶片底部槽与压油腔相通,因此泵的输出流量将出现微小的脉动,但其脉动率较其他形式的泵(螺杆泵除外)小得多,且在叶片数为4的整数倍时最小,为此,双作用叶片泵的叶片数一般为12或16片。
3.双作用叶片泵的结构
YB双作用叶片泵的结构如图3-13所示。它由前泵体6、和后泵体7、左右配油盘1、5、定子4、转子、叶片、转动轴3等组成,右配油盘5的右侧与高压油腔相通,使配油盘与定子端面紧密配合,对转子端面间隙自动补偿。
?R?r??R?r? 图3-13 双作用叶片泵的典型结构
1、5—配油盘 2、8—轴承 3—传动轴 4—定子 6—后泵体 7—前泵体 9—密封圈 10—盖板 11—叶片 12—转子 13—定位销
(1)配油盘 双作用叶片泵的配油盘如图3-14所示,
图3-14配油盘
1、3—压油窗口 2、4—吸油窗口?c—环形槽
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在盘上有两个吸油窗口2、4和两个压油窗口1、3,窗口之间为封油区,通常应使封油区对应的中心角?稍大于或等于两个叶片之间的夹角,否则会使吸油腔和压油腔连通,造成泄漏,当两个叶片间密封油液从吸油区过渡到封油区(长半径圆弧处)时,其压力基本上与吸油压力相同,但当转子再继续旋转一个微小角度时,使该密封腔突然与压油腔相通,使其中油液压力突然升高,油液的体积突然收缩,压油腔中的油倒流进该腔,使液压泵的瞬时流量突然减小,引起液压泵的流量脉动、压力脉动和噪声,为此在配油盘的压油窗口靠叶片从封油区进入压油区的一边开有一个截面形状为三角形的三角槽(又称眉毛槽),使两叶片之间的封闭油液在未进入压油区之前就通过该三角槽与压力油相连,其压力逐渐上升,因而缓减了流量和压力脉动,并降低了噪声。环形槽c与压油腔相通并与转子叶片槽底部相通,使叶片的底部作用有压力油。
(2)定子曲线 定子曲线是由四段圆弧和四段过渡曲线组成的。过渡曲线应保证叶片贴紧在定子内表面上,保证叶片在转子槽中径向运动时速度和加速度的变化均匀, 四段圆弧和四段过渡曲线接点处应圆滑过渡,以避免冲击、噪音和磨损。目前常用的过渡曲线有阿基米德螺旋线,“等加速一等减速”曲线等。
(3)叶片的倾角 叶片在工作过程中,受离心力和叶片根部压力油的作用,使叶片和定子紧密接触。当叶片转至压油区时,定子内表面迫使叶片推向转子中心,它的工作情况和凸轮相似,叶片与定子内表面接触有一压力角为?,且大小是变化的,其变化规律与叶片径向速度变化规律相同,即从零逐渐增加到最大,又从最大逐渐减小到零,因而在双作用叶片泵中,将叶片顺着转子回转方向前倾一个?角,使压力角减小到??,这样就可以减小侧向力FT,因而叶片泵叶片的倾角?一般10°~14°。YB型叶片泵叶片相对于转子径向连线前倾13°。但近年的研究表明,叶片倾角并非完全必要,某些高压双作用叶片泵的转子槽是径向的,且使用情况良好。
4.提高双作用叶片泵压力的措施
由于一般双作用叶片泵的叶片底部通压力油,就使得处于吸油区的叶片顶部和底部的液压作用力不平衡,叶片顶部以很大的压紧力抵在定子吸油区的内表面上,使磨损加剧,影响叶片泵的使用寿命,尤其是工作压力较高时,磨损更严重,因此吸油区叶片两端压力不平衡,限制了双作用叶片泵工作压力的提高。所以在高压叶片泵的结构上必须采取措施,使叶片压向定子的作用力减小。常用的措施有:
(1)减小作用在叶片底部的油液压力。将泵的压油腔的油通过阻尼槽或内装式小减压阀通到吸油区的叶片底部,使叶片经过吸油腔时,叶片压向定子内表面的作用力不致过大。
(2)减小叶片底部承受压力油作用的面积。叶片底部受压面积为叶片的宽度和叶片厚度的乘积,因此减小叶片的实际受力宽度和厚度,就可减小叶片受压面积。如图3-15所示,这种结构中采用了复合式叶片(亦称子母叶片),叶片分成母叶片1与子叶片2两部分。通过配油盘使母子叶片间的小腔a总是和压力油相通,而母叶片底部c腔,则借助于虚线所示的油孔,始终与顶部油液压力相同。当叶片处在吸油腔工作时,叶片根部不受高压油作用,只受a腔的高压油作用压向定子内表面,由于a腔面积不大,所以减小了叶片和定子内表面间的作用力,但能使叶片与定子接触,保证密封。
图3-15减小叶片作用面积的子母叶片式结构
1—母叶片 2—子叶片 3—转子
(3)使叶片顶端和底部的液压作用力平衡。图3-16(a)所示的泵采用双叶片结构,叶片槽
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中有两个可以作相对滑动的叶片1和2,每个叶片都有一棱边与定子内表面接触,在叶片的顶部形成一个油腔a,叶片底部油腔b始终与压油腔相通,并通过两叶片间的小孔c与油腔a相连通,因而使叶片顶端和底部的液压作用力得到平衡。适当选择叶片顶部棱边的宽度,可以使叶片对定子表面既有一定的压紧力,又不致使该力过大。为了使叶片运动灵活,对零件的制造精度将提出较高的要求。
图3-16(b)所示为叶片装弹簧的结构,这种结构叶片1较厚,顶部与底部有孔相通,叶片底部的油液是由叶片顶部经叶片的孔引入的,因此叶片上下油腔油液的作用力基本平衡,为使叶片紧贴定子内表面,保证密封,在叶片根部装有弹簧。
图3-16叶片液压力平衡的高压叶片泵叶片结构
1、2—叶片 3—定子 4—转子
二、双级叶片泵和双联叶片泵
1. 双级叶片泵
为了要得到较高的工作压力,也可以不用高压叶片泵,而用双级叶片泵,双级叶片泵是由两个普通压力的单级叶片泵装在一个泵体内在油路上串接而成的,如果单级泵的压力可达7.0MPa,双级泵的工作压力就可达14.0MPa。
图3-17双级叶片泵的工作原理
1、2—管路
双级叶片泵的工作原理如图3-17所示,两个单级叶片泵的转子装在同一根传动轴上,当传动轴回转时就带动两个转子一起转动。第一级泵经吸油管从油箱吸油,输出的油液就送入第二级泵的吸油口,第二级泵的输出油液经管路送往工作系统。设第一级泵输出压力为p1,第二级泵输出压力为p2。为使两级转子具有相等的负载,需保证p2?2p1。为了平衡两个泵的载荷,在泵体内设有载荷平衡阀。第一级泵和第二级泵的输出油路分别经管路1和2通
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到平衡阀的大滑阀和小滑阀的端面,两滑阀的面积比A1/A2?2。当两个泵的流量相等时,平衡阀两边的阀口都封闭,p1A1?p2A2,则p2?2p1。如第一级泵的流量大于第二级时,油液压力p1就增大,使p1?1/2p2,因此p1A1?p2A2,平衡阀被推向右,第一级泵的多余油液从管路1经阀口流回第一级泵的进油管路,使两个泵的载荷获得平衡;如果第二级泵流量大于第一级时,油压p1就降低,使p1A1?p2A2,平衡阀被推向左,第二级泵输出的部分油液从管路2经阀口流回第二级泵的进油口而获得平衡。
2.双联叶片泵
图3-18 YB型双联叶片泵结构
双联叶片泵是由两个单级叶片泵装在一个泵体内在油路上并联组成。两个叶片泵的转子由同一传动轴带动旋转,有各自独立的出油口,两个泵可以是相等流量的,也可以是不等流量的。
双联叶片泵常用于有快速进给和工作进给要求的机械加工的专用机床中,这时双联泵由一小流量和一大流量泵组成。当快速进给时,两个泵同时供油(此时压力较低),当工作进给时,由小流量泵供油(此时压力较高),同时在油路系统上使大流量泵卸荷,这与采用一个高压大流量的泵相比,可以节省能源,减少油液发热。这种双联叶片泵也常用于机床液压系统中需要两个互不影响的独立油路中。
图3-19 双联叶片泵工作原理及图形符号
(a)原理图 (b)符号图
三、单作用叶片泵
1、单作用叶片泵的工作原理
单作用叶片泵的工作原理如图3-20所示,单作用叶片泵由转子1、定子2、叶片3和端盖等组成。定子具有圆柱形内表面,定子和转子间有偏心距。叶片装在转子槽中,并可在槽
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内滑动,当转子回转时,由于离心力的作用,使叶片紧靠在定子内壁,这样在定子、转子、叶片和两侧配油盘间就形成若干个密封的工作空间,当转子按图示的方向回转时,在图的右部,叶片逐渐伸出,叶片间的工作空间逐渐增大,从吸油口吸油,这是吸油腔。在图的左部,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,工作空间逐渐缩小,将油液从压油口压出,这是压油腔,在吸油腔和压油腔之间,有一段封油区,把吸油腔和压油腔隔开,这种叶片泵在转子每转一周,每个工作空间完成一次吸油和压油,因此称为单作用叶片泵。转子不停地旋转,泵就不断地吸油和排油。
1—转子 2—定子 3—叶片 图3-20 单作用叶片泵的工作原理
2、单作用叶片泵的排量和流量计算
单作用叶片泵的排量为各工作容积在主轴旋转一周时所排出的液体的总和,如图3-21所示,两个叶片形成的一个工作容积V?近似地等于扇形体积V1和V2之差,即:
图3-21单作用叶片泵排量计算简图
V'?V1?V2?14?22B???R?e???R?e???ReB (3-20)??2z
式中:R──定子的内径(m);
e──转子与定子之间的偏心矩(m); B──定子的宽度(m);
?──相邻两个叶片间的夹角,??2?/z; z──叶片的个数。
因此,单作用叶片泵的排量为:
B (3-21) V?zV??故当转速为n,泵的容积效率为?V时的泵的理论流量和实际流量分别为:
qi?Vn?4?ReBn (3-22)
q?qi?v?4?ReBn?v43
(3-23)