泵-柱塞泵.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.1 液压泵和马达概述Introduction of Hydraulic Pumps and Motors,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,2,泵工作原理：,曲柄连杆带动活塞(Piston)做直线往复运动。活塞右移，封闭容腔C的容积增大，形成真空；在大气压的作用下，油从单向阀(Check Valve)A被吸入C腔，此时单向阀B断路。当活塞左移时，封闭容腔C的容积减小，单向阀A断路，C腔中的油从单向阀B排出。,2.1.1 容积式泵和马达工作原理,Basic Principles of Hydraulic Pumps and Motors,B,A,C,泵吸入,泵排出,O,马达工作原理：,用外控方法打开单向阀B输入压力油，C腔中的压力油推动活塞右移，使曲柄连杆输出转矩。在惯性作用下，活塞左移，外控打开单向阀A，C腔中的无压油从阀A排出。,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,3,2.1.1 容积式泵和马达工作原理,由此可见，泵是靠密封工作腔的容积变化进行工作的。,凸轮(Cam)1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；,柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油液便通过压油阀6排到系统中去2.1.1 容积式泵和马达工作原理,液压泵和液压马达工作的必要条件：,（1）必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积；,（2）必须有配流动作，即,封闭容积加大时吸入低压油,封闭容积减小时排出高压油,封闭容积加大时充入高压油,封闭容积减小时排出低压油,（3）高低压油不得连通。,液压泵,液压马达,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,5,2.1.2,液压泵和马达的基本性能参数,The Performance of,Hydraulic Pumps and Motors,液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率和效率等。,（一）.液压泵压力,1吸入压力：泵进口处的压力，自吸泵的吸入压力低于大气压。,2.工作压力：operating pressure：泵实际工作时的压力，其大小 取决于负载。泵指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于相应的外负载。,3.额定压力 rated pressure：泵在额定工况条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,6,2.1.2,液压泵和马达的基本性能参数,The Performance of,Hydraulic Pumps and Motors,液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、排量、流量、功率和效率等。,工作压力 operating pressure：泵（马达）实际工作时的压力。泵指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于相应的外负载。,额定压力 rated pressure：泵（马达）在额定工况条件下按试验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是过载。,每弧度排量 displacement per radian,V,d,：泵（马达）每转一弧度所排出（吸入）液体的体积，也称角排量。,每转排量 displacement per revolution,V,：无内外泄漏时，泵（马达）每转一周所排出（吸入）液体的体积。,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,9,功率(power)和效率(efficiency),：液压泵由原动机驱动，输入量是转矩(torque),T,和角速度(angular speed),，输出量是液体的压力,p,和流量,q,；如果不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率(theoretical power),N,t,：,(,2.1,),*,式中：,液压泵、马达的压力和理论流量。,n,液压泵、马达的转速(rev/s),角速度(rad/s)；,T,t,液压泵、马达的理论转矩(theoretical torque)(N,m)；,2.1.2,液压泵和马达的基本性能参数,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,10,对,液压泵,来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量,q,减小。设泵的流量损失,q,l,为，则,q,t,=,q,+,q,l,。,泵的容积损失,用容积效率(volumetric efficiency),v,表征。,2.1.2,液压泵和马达的基本性能参数,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,11,对,液压泵,来说，输出压力增大时，泵实际输出的流量,q,减小。设泵的流量损失,q,l,为，则,q,t,=,q,+,q,l,。,泵的容积损失,用容积效率(volumetric efficiency),v,表征。,2.1.2,液压泵和马达的基本性能参数,柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。,柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。,柱塞泵的特点是,泄漏小、容积效率高，可以在高压下工作。,径向柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵,阀配流径向柱塞泵,轴向柱塞泵,斜盘式轴向柱塞泵,斜轴式无铰轴向柱塞泵,2.2,轴向柱塞泵,柱塞泵,柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3。,径向柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵,阀配流径向柱塞泵,轴向柱塞泵,斜盘式轴向柱塞泵,斜轴式无铰轴向柱塞泵,配流轴式径向柱塞泵工作原理,工作原理,缸体 均布有七个柱塞孔，柱塞底部空间为密闭工作腔。,柱塞 其头部滑履与定子内圆接触。,定子 与缸体存在偏心。,配流轴,传动轴,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,15,径向泵的流量计算：,泵的平均排量为：,（,2.27,）,泵的输出流量,：,（,2.28,）,2.4.3 径向柱塞泵,Radial Piston Pumps,配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到平衡，容积效率较高。,柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接触，接触面比压很小。,可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。,改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，且变量方式多样。,2.4.3配流轴式径向径向柱塞泵,缸体,柱塞滑履组,配流盘,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,19,斜盘(Swash Plate)1和配油盘(Valve Plate)4不动，传动轴(Drive Shaft)5带动缸体(Cylinder Block)3、柱塞(Piston)2一起转动。传动轴旋转时，柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，油液经配油盘4上的配油窗口吸入。柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘压油窗口向外排出。缸体每转一转，每个柱塞往复运动一次，完成一次吸油动作。改变斜盘的倾角,，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵的变量。,2.4.1 斜盘式轴向柱塞泵,Swash Plate Axial Piston Pumps,柱塞,2,吸油口6,缸体,3,压油口7,斜盘,1,配油盘,4,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,20,若柱塞数目为,Z,，柱塞直径,d,，柱塞孔分布圆直径,D,，斜盘倾角,，则泵的排量为：,（,2.25,）,泵的输出流量为：,（,2.26,）,2.4.1.1,排量和流量,2.4.1 斜盘式轴向柱塞泵,Swash Plate Axial Piston Pumps,实际上，柱塞泵的排量是转角的函数，其输出流量是脉动的。就柱塞数而言，柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小，且柱塞数越多，脉动越小，故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。,从结构工艺性和脉动率综合考虑，常取Z=7或Z=9。,缸体,柱塞,2.4.1.2 斜盘式轴向柱塞的结构特点,通轴结构,斜盘,配流盘,(1)结构,手动变量机构,柱塞,半轴结构,配流盘,缸 体,斜 盘,输入轴,壳 体,回程盘,(1)结构,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,24,2.4.1.2,斜盘式轴向柱塞的结构特点,Construction Characteristics of Swash Plate Axial Piston Pumps,端面间隙的自动补偿,Automatic Compensating of End Face Clearance,使缸体紧压配流盘端面的作用力，除机械装置或弹簧作为预密封的推力外，还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力，此液压力比弹簧力大得多，而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘，就使端面间隙得到了自动补偿。,斜盘,1,柱塞,2,缸体,3,配油盘,4,(2)特点,2.4.1 斜盘式轴向柱塞泵,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,25滑靴的静压支撑结构,Piston Shoe and Hydrostatic Backup Construction,图2.19 滑靴的静压支承原理,(2)特点,为防止磨损，一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴。,滑靴是按静压轴承原理设计的，缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室，使滑靴和斜盘间形成液体润滑，改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。,有利于提高轴向柱塞泵的压力。,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,26,变量机构,Variable Displacement Mechanism,图2.20 手动伺服变量机构图,变量机构由缸筒,1,，活塞,2,和伺服阀,3,组成。,斜盘,4,通过拨叉机构,5,与活塞,2,下端铰接，利用活塞,2,的上下移动来改变斜盘倾角,。,当用手柄使伺服阀芯,(Servo Spool)3,向下移动时，上面的进油阀口打开，活塞也向下移动，活塞,2,移动时又使伺服阀上的阀口关闭，最终使活塞,2,自身停止运动。,同理，当手柄使伺服阀芯,3,向上移动时，变量活塞向上移动。,变量的实质是变排量,三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘，滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达,31.5MPa,。,泵体上有泄漏油口。,传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。,为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为奇数：,5,，,7,，,9,。,为防止密闭容积在吸、压油转换时因压力突变引起的压力冲击，在配流盘的配流窗口前端开有减振槽或减振孔。,斜盘式轴向柱塞泵的结构特点,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,28,2.4.2,斜轴式轴向柱塞泵,Bent-axis Axial Piston Pumps,传动轴(Drive Shaft)5的轴线相对于缸体(Cylinder Block)3有倾角,，柱塞(Piston)2与传动轴圆盘之间用相互铰接的连杆(Connecting Rod)4相连。轴5旋转时，连杆4就带动柱塞2连同缸体3一起绕缸体轴线旋转，柱塞2同时也在缸体的柱塞孔内做往复运动，使密封腔容积不断发生增大和缩小的变化，通过配流盘(Valve Plate)1上的窗口 a 和 b 实现吸油和压油。,图2.22,1,配,流盘；,2,柱塞；,3,缸体；,4,连杆；,5,传动轴；,6,吸油窗口；,7,压油窗口,。,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,29,与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角,较大，变量范围较大；但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，,斜轴式轴向柱塞泵,的使用相当广泛。,2.4.2,斜轴式轴向柱塞泵,Bent-axis Axial Piston Pumps,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,30,与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角,较大，变量范围较大；但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，,斜轴式轴向柱塞泵,的使用相当广泛。,2.4.2,斜轴式轴向柱塞泵,Bent-axis Axial Piston Pumps,FPTCI WUST,武汉科技大学 机械自动化学院 流体传动及控制研究所,31,与斜盘式泵相比较，斜轴式泵由于缸体所受的不平衡径向力较小，故结构强度较高可以有较高的设计参数，其缸体轴线与驱动轴的夹角,较大，变量范围较大；但外形尺寸较大，结构也较复杂。目前，,斜轴式轴向柱塞泵,的使用相当广泛。,2.4.2,斜轴式轴向柱塞泵,Bent-axis Axial Piston Pumps,