液壓泵及液壓馬達(dá)的功用與基本原理

1.1  液壓系統(tǒng)的工作原理及組成

液壓技術(shù)是以液體為工作介質(zhì)，利用封閉系統(tǒng)中液體的靜壓能實(shí)現(xiàn)信息、運(yùn)動和動力的傳遞及工程控制的技術(shù)。一個完整的液壓系統(tǒng)都是由能源元件（液壓泵）、執(zhí)行元件（液壓缸、液壓馬達(dá)和擺動液壓馬達(dá)）、控制元件（各類液壓控制閥）及輔助元件（油箱、過濾器和管件等）四類液壓元件和工作介質(zhì)所組成的。液壓傳動與控制的機(jī)械設(shè)備或裝置工作時，其液壓系統(tǒng)以具有連續(xù)流動性的液壓油液作為工作介質(zhì)，通過液壓泵將驅(qū)動泵的原動機(jī)（電動機(jī)或內(nèi)燃機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，然后經(jīng)過封閉管路及控制閥，送至執(zhí)行元件中，轉(zhuǎn)換為機(jī)械能去驅(qū)動負(fù)載，實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)所需運(yùn)動。

1.2液壓泵及液壓馬達(dá)的功用與基本原理

1.2.1  功用及重要性

液壓泵是任何一臺液壓機(jī)械設(shè)備不可缺少的能源元件，其功用是將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓能，即向液壓系統(tǒng)提供具有一定壓力和流量的液體；而液壓馬達(dá)是任何需要回轉(zhuǎn)運(yùn)動的液壓機(jī)械設(shè)備或工作機(jī)構(gòu)（如各類工業(yè)生產(chǎn)機(jī)械、軍用裝備的回轉(zhuǎn)工作機(jī)構(gòu)和各類車輛及行走機(jī)械等）不可缺少的執(zhí)行元件，其功用是將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，以轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的形式驅(qū)動與其相連的工作機(jī)構(gòu)做功。

    液壓泵及液壓馬達(dá)的功用原理互逆，但結(jié)構(gòu)相近，且兩者在液壓技術(shù)中的使用量均占有相當(dāng)大的比重。在各類液壓設(shè)備的開發(fā)及液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用中，正確合理地選擇、使用和維護(hù)液壓泵及液壓馬達(dá)，對于提高液壓系統(tǒng)乃至整個液壓設(shè)備的工作品質(zhì)和可靠性，無疑具有非常重要的意義。因此，液壓技術(shù)的設(shè)計(jì)制造人員、安裝調(diào)試人員和現(xiàn)場使用維護(hù)人員必須掌握液壓泵及液壓馬達(dá)的工作原理、類型結(jié)構(gòu)、技術(shù)特性及使用維護(hù)方法。

1.2.2基本原理

在液壓系統(tǒng)中，液壓泵和液壓馬達(dá)的類型很多（如齒輪式、葉片式、柱塞式等）、結(jié)構(gòu)各異，但都是容積式的，即都是基于一個或幾個密封容積的變化而進(jìn)行工作的。

    圖A所示為一具有可逆性的液壓裝置：既可作液壓泵使用，也可作液壓馬達(dá)使用。其結(jié)構(gòu)組成簡述如下：偏心凸輪1和3的偏心距為e，偏心凸輪2的偏心距為E。三個凸輪的回轉(zhuǎn)中心01、02與03由同一傳動軸4（轉(zhuǎn)子）相連和驅(qū)動。凸輪1和3控制單向閥5和7的開啟或關(guān)閉；凸輪2與柱塞6（擠子）保持接觸，三個凸輪均由相應(yīng)的彈簧保證與件5、6和7接觸。柱塞可在缸體（定子）8的孔中往復(fù)移動，缸體與柱塞之間構(gòu)成了容積可變的密封工作腔12。現(xiàn)以圖A為例對液壓泵及液壓馬達(dá)的基本工作原理分別進(jìn)行分析和討論。

    (1)液壓泵的基本原理  當(dāng)圖A所示裝置作液壓泵使用時，原動機(jī)帶動傳動軸4（轉(zhuǎn)子）按圖示順時針方向旋轉(zhuǎn)，則三個凸輪隨傳動軸一起沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，設(shè)泵從圖A(a)所示位置開始轉(zhuǎn)動，此時柱塞6隨之下移，密封工作腔12的容積變大，產(chǎn)生真空；與此同時，凸輪3將吸油單向閥7打開（而凸輪1正好將排油單向閥5關(guān)閉），開式油箱（圖中未畫出）中的油液在大氣壓作用下經(jīng)進(jìn)油口a、吸油單向閥7和油道b被吸人密封工作腔12，為吸油過程。當(dāng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)到圖A(b)所示位置時，柱塞6被凸輪2壓縮上移，密封工作腔12的容積減小，腔內(nèi)已吸入的油液受壓縮而壓力增大，欲將油液排出；與此同時，凸輪1恰好將排油單向閥5打開（而凸輪3正好將吸油單向閥7關(guān)閉），油液即通過油道c、排油單向閥5和排油口d輸出到系統(tǒng)，為排油過程。傳動軸轉(zhuǎn)動一周，泵吸、排油各一次。原動機(jī)驅(qū)動傳動軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)，液壓泵就不斷由進(jìn)油口a吸油，由排油口d向系統(tǒng)排油。若原動機(jī)帶動傳動軸或轉(zhuǎn)子逆時針方向轉(zhuǎn)動，則油流將反向，即泵就由油口d吸油，由油口a向系統(tǒng)排油。

    上述單柱塞液壓泵具有容積式液壓泵的基本結(jié)構(gòu)原理特征。

    ①具有統(tǒng)稱為定子、轉(zhuǎn)子和擠子的三種零件，它們因液壓泵的結(jié)構(gòu)不同而異。

    ②具有若干個密封且又可周期性變化的空間，此空間稱為工作腔，它一般由定子、轉(zhuǎn)子和擠子這三種零件構(gòu)成。工作腔起吸油作用時稱為吸油腔，起壓油作用時稱為排油腔，吸油腔和排油腔之間的過渡區(qū)被有關(guān)零件的表面所密封。為使工作腔的容積發(fā)生變化，在構(gòu)成工作腔的零件中必須有一個可作相對運(yùn)動的擠子。擠子能使工作腔容積周期性地由小變大而不斷吸人液體；能使工作腔容積周期性地由大變小，不斷排出液體。

    ③具有吸油口和排油口。這兩個油口分別與吸油腔和排油腔相連通。液壓泵的吸油口的通流面積應(yīng)足夠大，以免因油液在其內(nèi)流速過高而產(chǎn)生氣穴和汽蝕；而泵的排油口的流速可適當(dāng)大些，以減小管道尺寸和重量。

    ④液壓泵輸入?yún)?shù)是機(jī)械參數(shù)（轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速），輸出參數(shù)是液壓參數(shù)（壓力和流量）。

    液壓泵吸油腔的壓力取決于吸油高度和吸油管路阻力造成的壓力損失大小；排油腔的壓力則取決于負(fù)載和排油管路的阻力造成的壓力損失大小。

    液壓泵的理論排油量與工作腔的容積變化量（或幾何尺寸）和單位時間內(nèi)變化的次數(shù)（或轉(zhuǎn)速）成正比，而與排油壓力等其他因素?zé)o關(guān)。若泵的理論排油量不能改變，則為定量泵，反之則為變量泵。

    ⑤具有配流機(jī)構(gòu)（也稱配流器）。液壓泵由吸油到排油或由排油到吸油的轉(zhuǎn)換稱為配流。為保證液壓泵有規(guī)律地吸排液體，應(yīng)具有相應(yīng)的配流機(jī)構(gòu)．以將吸油腔和排油腔隔開，保證泵有規(guī)律地吸、排液體。配流方式因液壓泵的結(jié)構(gòu)不同而異，一般有確定式和閥式兩種配流方式：確定式配流依靠設(shè)置在泵內(nèi)某個部件適當(dāng)位置上的孔或槽實(shí)現(xiàn)配流，大多液壓泵都采用這種配流方式，一般具有作為液壓馬達(dá)的可逆性；閥式配流則是依靠逆止閥實(shí)現(xiàn)配流（吸、排油閥在邏輯上互逆，不會同時開啟），多用于超高壓柱塞泵中，由于此類泵的液流方向有時不能改變，故失去了作為液壓馬達(dá)的可逆性。

    例如，圖A所示單柱塞液壓泵中的配流方式為采用逆止閥（吸油閥7和壓油閥5）的閥式配流。

    ⑥油箱內(nèi)液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。為保證泵正常吸油，油箱必須與大氣相通或采用密閉的充氣油箱。