單雙作用葉片泵工作原理

(1)分類(lèi)葉片泵是一種以擠子為葉片的殼體承壓型液壓泵，此種泵的發(fā)展歷史悠久，在國(guó)內(nèi)外許多古老的提水工具中常可以找到它的雛形。葉片泵的詳細(xì)分類(lèi)如圖A所示。

(2)特點(diǎn)見(jiàn)下表。

葉片泵的特點(diǎn)

    3.1.2工作原理

    (l)單作用葉片泵的工作原理及應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

①工作原理單作用葉片泵的工作原理如圖B所示。轉(zhuǎn)子2的外表面和定子3的內(nèi)表面均為圓柱形。轉(zhuǎn)子中心和定子中心之間保持一個(gè)偏心距e。轉(zhuǎn)子上開(kāi)有均勻分布的徑向滑槽，矩形葉片4裝在轉(zhuǎn)子的滑槽內(nèi)并可靈活伸縮。這些葉片將前、后端蓋和轉(zhuǎn)子及定子間形成的環(huán)狀空間沿圓周分割為與葉片數(shù)量相同（均為奇數(shù)）的密封工作腔。由于轉(zhuǎn)子和定子間的徑向距離沿圓周變化，故在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中這些密封工作腔會(huì)發(fā)生周期性的擴(kuò)大和縮小變化。在泵內(nèi)安裝有帶腰形配流窗口的配流盤(pán)或在泵的端蓋或定子上制有分隔開(kāi)的腰形配流窗口，其中與正在擴(kuò)大容積的工作腔相通的即為吸油腔，與正在減小容積的工作腔相通的則為排油腔。當(dāng)原動(dòng)機(jī)通過(guò)傳動(dòng)軸1帶動(dòng)轉(zhuǎn)子2按圖B所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，在離心力以及通入葉片根部壓力油的作用下（有的還有彈簧力）右側(cè)的葉片向外伸出，葉片的頂部貼緊在定子內(nèi)表面上，密封工作腔容積逐漸增大，產(chǎn)生真空，通過(guò)吸油口和右側(cè)腰形配流窗口將油液吸入。而左側(cè)的葉片向里縮進(jìn)，密封腔的容積逐漸縮小，密封腔中的油液通過(guò)左側(cè)腰形配流窗口和壓油口被壓出而輸送至系統(tǒng)中去。傳動(dòng)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)密封的工作腔吸油和壓油各一次。原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，泵便連續(xù)地壓油。

    ②應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

    a．變量問(wèn)題由于單作用葉片泵的轉(zhuǎn)子中心和定子環(huán)中心之間保持偏心距e，而泵的排量與偏心距P相關(guān)，采用某種機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)該偏心距，則可從零到某一方向zui大值之間或從零正反向到zui大值之間連續(xù)或有級(jí)地改變其供油排量。如果改變偏心距e的方向，也可在泵的轉(zhuǎn)向不變情況下，使泵的吸、壓油腔互換，實(shí)現(xiàn)反向供油。所以單作用葉片泵經(jīng)常制成變量泵。還有為了滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)流量的不同要求，需要采用雙聯(lián)泵甚至多聯(lián)泵，它們是由兩個(gè)或多個(gè)單級(jí)泵安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，在油路上并聯(lián)而成的液壓泵。

    b．不平衡作用力問(wèn)題  由于轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)軸及軸承等機(jī)件上受單方向的液壓不平衡作用力，軸承負(fù)載較大，壽命較短，不宜高壓化，故單作用葉片泵又稱(chēng)非卸荷式泵。

c．葉片槽后傾為使葉片頂部可靠地和定子內(nèi)表面相接觸，壓油腔一側(cè)的葉片底部和壓油腔相通，吸油腔一側(cè)的葉片底部和吸油腔相通（圖C）。為了使葉片能順利向外甩出并始終緊貼定子，必須使葉片所受的切向慣性力與葉片的離心力等的合力盡量與葉片槽的方向一致（圖D），以免側(cè)向力的分力使葉片與定子間產(chǎn)生的摩擦力影響葉片的伸出，為此轉(zhuǎn)子上的葉片槽應(yīng)向后傾斜（傾斜方向與轉(zhuǎn)向相反）一定角度口開(kāi)出。

    d．困油問(wèn)題為了防止吸、壓油腔貫通，配流盤(pán)的吸、壓油窗口間的密封角p應(yīng)略大于兩相鄰葉片間的夾角。但是，由于單作用葉片泵的定子不存在與轉(zhuǎn)子同心的圓弧段，因此當(dāng)上述被封閉的容腔發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與齒輪泵相類(lèi)似的困油現(xiàn)象。不過(guò)，單作用葉片泵的困油現(xiàn)象并不十分嚴(yán)重，通過(guò)配流盤(pán)排油窗口邊緣開(kāi)三角形卸荷槽（俗稱(chēng)眉毛槽）的方法可以消除困油現(xiàn)象所帶來(lái)的危害。有時(shí)還利用困油時(shí)密封容腔的被壓縮過(guò)程，當(dāng)密封容腔中的油液被壓縮到接近額定工作壓力時(shí)，再把容腔接通壓油腔，由于減小了和壓油腔接通時(shí)的壓差，故降低了液壓沖擊和噪聲。

    (2)雙作用葉片泵的工作原理及幾個(gè)應(yīng)注意的問(wèn)題

①工作原理  圖E所示為雙作用葉片泵的工作原理。定子1的內(nèi)表面形似橢圓形，由兩段半徑為R的大圓弧、兩段半徑為r的小圓弧以及連接大小圓弧的四段過(guò)渡曲線(xiàn)組成。轉(zhuǎn)子2和定子1同心。轉(zhuǎn)子上開(kāi)有均勻分布的徑向滑槽，矩形葉片3裝在轉(zhuǎn)子的滑槽內(nèi)并可靈活伸縮。轉(zhuǎn)子、葉片、定子都夾在前后兩個(gè)配流盤(pán)中間。矩形葉片將兩個(gè)配流盤(pán)和轉(zhuǎn)子及定子間形成的空間沿圓周分割為與葉片數(shù)量（均為偶數(shù)）相同的密封工作腔。由于轉(zhuǎn)子和定子間的徑向距離在過(guò)渡區(qū)沿圓周變化，故在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中這些密封工作腔會(huì)發(fā)生周期性的擴(kuò)大和縮小變化。配油盤(pán)上開(kāi)設(shè)的四個(gè)配流窗口分別與吸、壓油窗口相通。在圖E所示轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)時(shí)，葉片受離心力和葉片槽底部所通壓力油的作用而緊貼定子內(nèi)表面。當(dāng)葉片從定子內(nèi)表面的小圓弧區(qū)向大圓弧區(qū)移動(dòng)時(shí)，密封工作腔的容積逐漸增大，通過(guò)配流盤(pán)上左上角和右下角的吸油窗口吸油；當(dāng)從大圓弧區(qū)向小圓弧區(qū)移動(dòng)時(shí)，密封工作腔的容積逐漸減小，通過(guò)配流盤(pán)上左下角和右上角的壓油窗口壓油。吸油區(qū)和壓油區(qū)之間的一段封油區(qū)將吸、壓油區(qū)隔開(kāi)。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每一葉片在槽內(nèi)往復(fù)滑動(dòng)兩次，每個(gè)密封工作腔完成吸油和壓油動(dòng)作各兩次，故稱(chēng)為雙作用葉片泵?；谕瑯拥脑恚芍瞥扇饔蒙踔粮嘧饔么螖?shù)的葉片泵，但均很少見(jiàn)。

    ②應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題

    a．只能作定量泵與單作用葉片泵不同，雙作用葉片泵的轉(zhuǎn)子中心和定子中心之間同心，故雙作用泵只能作定量泵使用。

    b．徑向液壓力相互平衡  由于雙作用葉片泵的兩個(gè)吸、壓油區(qū)是徑向?qū)ΨQ(chēng)的，故在轉(zhuǎn)子、傳動(dòng)軸及軸承上所作用的徑向液壓力相互平衡，所以雙作用葉片泵又稱(chēng)卸荷式泵。因此有利于泵的工作壓力的提高，且壽命較長(zhǎng)。

    c．定子內(nèi)表面曲線(xiàn)及其角度分配  雙作用葉片泵的定子內(nèi)表面曲線(xiàn)對(duì)泵的流量均勻性、吸人性能和壽命有很大影響。由前述已知，定子內(nèi)表面由兩段半徑為R的大圓弧、兩段半徑為r的小圓弧以及連接大小圓弧的四段過(guò)渡曲線(xiàn)所組成。

    為了保證工作平穩(wěn)和輸出流量均勻，理想的過(guò)渡曲線(xiàn)具備下列特征：應(yīng)使葉片在槽中滑動(dòng)時(shí)不“脫空”（與定子內(nèi)表面脫離），以免發(fā)生撞擊，產(chǎn)生噪聲，降低泵的使用壽命；在泵轉(zhuǎn)動(dòng)到過(guò)渡曲線(xiàn)和圓弧交接處或沿過(guò)渡曲線(xiàn)滑行時(shí)，葉片伸縮的徑向速度和加速度變化均勻，不會(huì)發(fā)生突變并引起硬沖現(xiàn)象，以減小沖擊、噪聲和磨損。過(guò)渡曲線(xiàn)有修正的阿基米德螺線(xiàn)、正弦加速曲線(xiàn)、等加速等減速曲線(xiàn)和高次曲線(xiàn)等幾種。雙作用葉片泵一般都使用綜合性能較好的等加速等減速曲線(xiàn)作為過(guò)渡曲線(xiàn)；有些高性能泵的過(guò)渡曲線(xiàn)則采用高次曲線(xiàn)。

    圓弧區(qū)段一般取小圓弧半徑r=r₀+(0.5～1)mm(r₀為轉(zhuǎn)子半徑)。增大大圓弧半徑與小圓弧半徑之差(R-r)可增大泵的排量，但受到葉片和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度及葉片不脫空條件的制約。分析計(jì)算表明，當(dāng)葉片徑向運(yùn)動(dòng)按等加速等減速規(guī)律變化時(shí)，允許選用較大的R/r值，因而可得到較大的(R-r)值，故定子內(nèi)表面過(guò)渡曲線(xiàn)多采用等加速等減速曲線(xiàn)。

    為了保證吸油腔與壓油腔之間的密封及避免困油現(xiàn)象，定子內(nèi)表面曲線(xiàn)的角度分配應(yīng)滿(mǎn)足一定條件。圖F所示為配流盤(pán)與定子曲線(xiàn)相對(duì)位置關(guān)系，可以看到：若泵的葉片數(shù)為z，為了保證吸油腔與壓油腔之間的密封，大圓弧區(qū)段及小圓弧區(qū)段的吸、排油腔之間的密封角α₁和α₂應(yīng)滿(mǎn)足的條件為α₁≥2π/z和α₂≥2π/z。為了避免發(fā)生困油現(xiàn)象，應(yīng)使兩封油葉片之間的容腔在α1和α₂角度范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)（此時(shí)容腔與高、低壓腔均不相通），其容積大小保持不變，即保證大圓弧區(qū)段及小圓弧區(qū)段對(duì)應(yīng)的中心角β_l和β₂滿(mǎn)足β_l≥a₁和β₂≥α₂。

    d．壓力沖擊及減振  若泵的轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)兩相鄰葉片間的工作腔從吸油區(qū)進(jìn)人大圓弧區(qū)時(shí)，油腔中的壓力保持為zui低。當(dāng)此工作腔轉(zhuǎn)至開(kāi)始與排油區(qū)接通時(shí)，高壓油液流人此密封容腔并壓縮其中的油液，因此壓力驟升。這個(gè)過(guò)程將引起壓力沖擊和噪聲。解決這個(gè)問(wèn)題的常用方法是設(shè)置三角減振槽（圖F），使高、低壓油逐漸接通，高壓油進(jìn)入密封容腔時(shí)受到節(jié)流阻尼，從而減緩壓力沖擊現(xiàn)象，起消振作用。

e．葉片前傾安放  當(dāng)葉片在壓油區(qū)沿定子曲線(xiàn)滑動(dòng)時(shí)，定子內(nèi)表面對(duì)葉片的法向接觸反力F_n可分解為沿葉片槽方向的分力F_p和橫向分力F_t，由于葉片的外伸部分是懸臂梁結(jié)構(gòu)，故橫向分力會(huì)在葉片與槽側(cè)壁的接觸處產(chǎn)生較大的摩擦力，葉片與定子曲線(xiàn)的接觸壓力角α（定子曲線(xiàn)接觸點(diǎn)處的法線(xiàn)方向與葉片方向的夾角）越小，橫向分力F_t=F_nsinα越小，越有利于葉片在其槽內(nèi)自如滑動(dòng)，并減小摩擦力從而減少葉片與槽之間的磨損。故葉片槽不徑向開(kāi)設(shè)，而是順轉(zhuǎn)向前傾一個(gè)角度θ（通常θ=10°～14°）開(kāi)設(shè)，使α＜φ，即α=φ-θ[圖G(a)]。否則，壓力角a=φ將較大，F(xiàn)_t也較大。但這樣做的結(jié)論并不適用于吸油區(qū)[圖G(b)]，一方面在吸油區(qū)葉片槽前傾反而使壓力角α增大，變?yōu)?alpha;=φ+θ，使葉片的受力情況更加惡化；另一方面葉片沿定子曲線(xiàn)滑動(dòng)時(shí)，其頂部實(shí)際上除了受到定子內(nèi)表面反作用力外，還受到與滑動(dòng)方向相反的摩擦力Ff作用，兩者的合力F才是計(jì)算有害橫向分力F_t的依據(jù)，故上述僅以法向接觸反力Fn作為依據(jù)勢(shì)必得出壓力角越小越好的錯(cuò)誤結(jié)論。新的觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為取θ=0°更為合理，目前國(guó)外一些雙作用葉片泵的葉片槽是徑向開(kāi)設(shè)的，所以關(guān)于葉片安放角問(wèn)題仍值得進(jìn)行深入探討。威斯特小編敬上