三章第三节 叶片泵

第三节叶片泵叶片泵的结构较齿轮泵复杂,但其工作压力较高,且流量脉动小,工作平稳,噪声较小,寿命较长。

所以它被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低液压系统中，但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也比较敏感。

根据各密封工作容积在转子旋转一周吸、排油液次数的不同，叶片泵分为两类，即完成一次吸、排油液的单作用叶片泵和完成两次吸、排油液的双作用叶片泵，单作用叶片泵多为变量泵，工作压力最大为7.0Mpa，双作用叶片泵均为定量泵，一般最大工作压力亦为7.0Mpa，结构经改进的高压叶片泵最大的工作压力可达16.0~21.0Mpa。

3.1、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3-10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，这样在钉子、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。

图3-10 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3-11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3-10单作用叶片泵的工作原理 图3-11单作用叶片泵排量计算简图1—转子2—定子3—叶片 ()()221214'R e 2V V V B R e R e B z πβ⎡⎤=-=+--=⎣⎦ (3-13)式中：R 为定子的内径(m);e 为转子与定子之间的偏心矩(m);B 为定子的宽度(m);β为相邻两个叶片间的夹角,β=2π/z;z 为叶片的个数。

因此,单作用叶片泵的排量为：V zV B π== (3-14) 故当转速为n,泵的容积效率为ηv 时的泵的理论流量和实际流量分别为：4Re i q Vn Bn π== (3-15)4R e i v v q q Bn ηπη== (3-16)在式(3-14)至式(3-16)中的计算中并未考虑叶片的厚度以及叶片的倾角对单作用叶片泵排量和流量的影响，实际上叶片在槽中伸出和缩进时,叶片槽底部也有吸油和压油过程,一般在单作用叶片泵中,压油腔和吸油腔处的叶片的底部是分别和压油腔及吸油腔相通的,因而叶片槽底部的吸油和压油恰好补偿了叶片厚度及倾角所占据体积而引起的排量和流量的减小,这就是在计算中不考虑叶片厚度和倾角影响的缘故。

单作用叶片泵的流量也是有脉动的,理论分析表明,泵内叶片数越多,流量脉动率越小,此外,奇数叶片的泵的脉动率比偶数叶片的泵的脉动率小,所以单作用叶片泵的叶片数均为奇数,一般为13或15片。

3.特点(1)改变定子和转子之间的偏心便可改变流量。

偏心反向时,吸油压油方向也相反;(2)处在压油腔的叶片顶部受到压力油的作用,该作用要把叶片推入转子槽内。

为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通。

吸油腔一侧的叶片底部要和吸油腔相通,这里的叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上;(3)由于转子受到不平衡的径向液压作用力,所以这种泵一般不宜用于高压。

(4)为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，而使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称后倾角，一般为24°。

二、双作用叶片泵1.双作用叶片泵的工作原理 双作用叶片泵的工作原理如图3-12所示,泵也是由定子1、转子2、叶片3和配油盘(图中未画出)等组成。

转子和定子中心重合,定子内表面近 似为椭圆柱形,该椭圆形由两段长半径R 、两段短半径r 和四段过渡曲线所组成。

当转子转动时,叶片在离心力和(建压后)根部压力油的作用下,在转子槽内作径向移动而压向定子内表,由叶片、定子的内表面、转子的外表面和两侧配油盘间形成若干个密封空间,当转子按图示方向旋转时,处在小圆弧上的密封空间经过渡曲线而运动到大圆弧的过程中,叶片外伸,密封空间的容积增大,要吸入油液;再从大圆弧经过渡曲线运动到小圆弧的过程中,叶片被定子内壁逐渐压进槽内,密封空间容积变小,将油液从压油口压出,因而,当转子每转一周,每个工作空间要完成两次吸油和压油,所以称之为双作用叶片泵,这种叶片泵由于有两个吸油腔和两个压油腔,并且各自的中心夹角是对称的,所以作用在转子上的油液压力相互平衡,因此双作用叶片泵又称为卸荷式叶片泵,为了要使径向力完全平衡,密封空间数(即叶片数)应当是双数。

图3-12双作用叶片泵的工作原理1—定子2—转子3—叶片2.双作用叶片泵的排量和流量计算 双作用叶片泵的排量计算简图如图3-13所示,由于转子在转一周的过程中,每个密封空间完成两次吸油和压油,所以当定子的大圆弧半径为R,小圆弧半径为r 、定子宽度为B,两叶片间的夹角为β=2π/z 弧度时,每个密封容积排出的油液体积为半径为R 和r 、扇形角为β、厚度为B 的两扇形体积之差的两倍,因而在不考虑叶片的厚度和倾角时双作用叶片泵的排量为：图3-13双作用叶片泵排量计算简图V′=2z1/2β(R 2-r 2)B=2π(R 2-r 2)B (3-17)一般在双作用叶片泵中,叶片底部全部接通压力油腔,因而叶片在槽中作往复运动时,叶片槽底部的吸油和压油不能补偿由于叶片厚度所造成的排量减小,为此双作用叶片泵当叶片厚度为b 、叶片安放的倾角为θ时的排量为：V=2π(R 2-r 2)B-2 θcos r-R bzB= 2B ［π(R 2-r 2)- θcos r-R bz ］ (3-18)所以当双作用叶片泵的转数为n,泵的容积效率为ηv 时,泵的理论流量和实际输出流量分别为：q i =V n =2B ［π(R 2-r 2)- θcos r-R bz ］n (3-19) q=q i ηv =2B ［π(R 2-r 2)- θcos r-R bz ］n ηv (3-20)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。

图3-14配油盘1，3—压油窗口2，4—吸油窗口 c —环形槽3.双作用叶片泵的结构特点(1)配油盘。

双作用叶片泵的配油盘如图3-14所示,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β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,使叶片对定子的内表面的冲击尽可能小。

过渡曲线如采用阿基米德螺旋线,则叶片泵的流量理论上没有脉动,可是叶片在大、小圆弧和过渡曲线的连接点处产生很大的径向加速度,对定子产生冲击,造成连接点处严重磨损,并发生噪声。

在连接点处用小圆弧进行修正,可以改善这种情况,在较为新式的泵中采用“等加速一等减速”曲线,如图3-15(a)所示。

这种曲线的极坐标方程为：ρ=r+2a r)-2(R θ 2 (0＜θ＜a/2) ρ=2r-R+a r)-4(R (θ-a 22θ) (a/2＜θ＜a) (3-21) 式中符号见图3-15所示。

图3-15定子的过渡曲线由式(3-21)可求出叶片的径向速度dp/dt和径向加速度d2p/dt2,可知:当0＜θ＜α/2时,叶片的径向加速度为等加速度,当α/2＜θ＜α时等减速。

由于叶片的速度变化均匀,故不会对定子内表面产生很大的冲击,但是,在θ=0、θ=α/2和θ=α处,叶片的径向加速度仍有突变,还会产生一些冲击,如图2-15(b)所示。

所以在国外有些叶片泵上采用了三次以上的高次曲线作为过渡曲线。

(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β,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θ角，使压力角减小到β′,这样就可以减小侧向力F T,使叶片在槽中移动灵活,并可减少磨损,如图3-16所示,根据双作用叶片泵定子内表面的几何参数,其压力角的最大值βmax≈24°。

一般取θ=(1/2)βmax,因而叶片泵叶片的倾角θ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。