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    第二講 動力元件、執行元件及輔助元件--4
     

              14 柱塞泵

       柱塞泵是靠柱塞在缸體中作往復運動造成密封容積的變化來實現吸油與壓油的液壓

    泵,與齒輪泵和葉片泵相比,這種泵有許多優點。首先,構成密封容積的零件為圓柱形的柱塞和缸孔,加工方便,可得到較高的配合精度,密封性能好,在高壓工作仍有較高的容積效率;第二,只需改變柱塞的工作行程就能改變流量,易于實現變量;第三,柱塞泵中的主要零件均受壓應力作用,材料強度性能可得到充分利用。由于柱塞泵壓力高,結構緊湊,效率高,流量調節方便,故在需要高壓、大流量、大功率的系統中和流量需要調節的場合,如龍門刨床、拉床、液壓機、工程機械、礦山冶金機械、船舶上得到廣泛的應用。

     柱塞泵按柱塞的排列和運動方向不同,可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵兩大類。

         1.4.1 徑向柱塞泵

      1、徑向柱塞泵的工作原理

         

       徑向柱塞泵的工作原理如圖3—32所示,柱塞1徑向排列裝在缸體2中,缸體由原動機帶動連同柱塞1一起旋轉,所以缸體2一般稱為轉子,柱塞1在離心力的(或在低壓油)作用下抵緊定子4的內壁,當轉子按圖示方向回轉時,由于定子和轉子之間有偏心距e,柱塞繞經上半周時向外伸出,柱塞底部的容積逐漸增大,形成部分真空,因此便經過襯套3(襯套3是壓緊在轉子內,并和轉子一起回轉)上的油孔從配油軸5和吸油口吸油;當柱塞轉到下半周時,定子內壁將柱塞向里推,柱塞底部的容積逐漸減小,向配油軸的壓油口壓油,當轉子回轉一周時,每個柱塞底部的密封容積完成一次吸壓油,轉子連續運轉,即完成壓吸油工作。

       徑向柱塞泵結構較復雜,徑向尺寸較大,運動件的轉動慣量較大,制造和維修難度也大,故近年來逐漸被軸向柱塞泵所替代。

          1.4.2 軸向柱塞泵

      1、軸向柱塞泵是將多個柱塞配置在一個共同缸體的圓周上,并使柱塞中心線和缸體中心線平行的一種泵。

       按配流方式,可分為端面配流式、閥配流式。

       端面配流式又分為:直軸式(斜盤式)、斜軸式(擺缸式)。

      2、斜盤式軸向柱塞泵的工作原理

     

       如圖3-33所示為斜盤式軸向柱塞泵的工作原理,這種泵主體由缸體5、配油盤6、柱塞4和斜盤3組成。柱塞沿圓周均勻分布在缸體內。斜盤軸線與缸體軸線傾斜一角度,柱塞靠機械裝置或在低壓油作用下壓緊在斜盤上(圖中為彈簧),配油盤和斜盤固定不轉,當原動機通過傳動軸使缸體轉動時,由于斜盤的作用,迫使柱塞在缸體內作往復運動,并通過配油盤的配油窗口進行吸油和壓油。如圖3-33中所示回轉方向,當缸體轉角在π~2π范圍內,柱塞向外伸出,柱塞底部缸孔的密封工作容積增大,通過配油盤的吸油窗口吸油;在0~π范圍內,柱塞被斜盤推入缸體,使缸孔容積減小,通過配油盤的壓油窗口壓油。缸體每轉一周,每個柱塞各完成吸、壓油一次,如改變斜盤傾角,就能改變柱塞行程的長度,即改變液壓泵的排量,改變斜盤傾角方向,就能改變吸油和壓油的方向,即成為雙向變量泵。

      3.斜軸式軸向柱塞泵,如圖3-33.2所示。其缸體軸線相對傳動軸軸線成一傾
          
    角,傳動軸端部用萬向鉸鏈、連桿與缸體中的每個柱塞相聯結,當傳動軸轉動時,通過萬向鉸鏈、連桿使柱塞和缸體一起轉動,并迫使柱塞在缸體中作往復運動,借助配油盤進行吸油和壓油。這類泵的優點是變量范圍大,泵的強度較高,但和上述斜盤式相比,其結構較復雜,外形尺寸和重量均較大。

      4.軸向柱塞泵的優點是:結構緊湊、徑向尺寸小,慣性小,容積效率高,目前最高壓力可達40.0MPa,甚至更高,一般用于工程機械、壓力機等高壓系統中,但其軸向尺寸較大,軸向作用力也較大,結構比較復雜。

         1.4.3 軸向柱塞泵的結構特點

      1. 典型結構。圖3-34所示為一種斜盤式軸向柱塞泵的結構。柱塞的球狀頭部裝在滑履3內,以缸體作為支撐的彈簧11通過鋼球推壓回程盤15,回程盤和柱塞滑履一同轉動。在排油過程中借助斜盤20推動柱塞作軸向運動;在吸油時依靠回程盤、鋼球和彈簧組成的回程裝置將滑履緊緊壓在斜盤表面上滑動,彈簧11一般稱之為回程彈簧,這樣的泵具有自吸能力。在滑履與斜盤相接觸的部分有一油室,它通過柱塞中間的小孔與缸體中的工作腔相連,壓力油進入油室后在滑履與斜盤的接觸面間形成了一層油膜,起著靜壓支承的作用,使滑履作用在斜盤上的力大大減小,因而磨損也減小。傳動軸9通過左邊的花鍵帶動缸體5旋轉,由于滑履3貼緊在斜盤表面上,柱塞在隨缸體旋轉的同時在缸體中作往復運動。缸體中柱塞底部的密封工作容積是通過配油盤10與泵的進出口相通的。隨著傳動軸的轉動,液壓泵就連續地吸油和排油。

          

      2. 變量機構。若要改變軸向柱塞泵的輸出流量,只要改變斜盤的傾角,即可改變軸向柱塞泵的排量和輸出流量,下面介紹常用的軸向柱塞泵的手動變量和伺服變量機構的工作原理。

     ①手動變量機構。如圖3-34所示,轉動手輪16,使絲杠17轉動,帶動變量活塞18作軸向移動(因導向鍵的作用,變量活塞只能作軸向移動,不能轉動)。通過軸銷21使斜盤20繞變量機構殼體上的圓弧導軌面的中心(即鋼球中心)旋轉。從而使斜盤傾角改變,達到變量的目的。當流量達到要求時,可用鎖緊螺母鎖緊。這種變量機構結構簡單,但操縱不輕便,且不能在工作過程中變量。

         

     ②伺服變量機構。圖3-34.2所示為軸向柱塞泵的伺服變量機構,以此機構代替圖3-34所示軸向柱塞泵中的手動變量機構,就成為手動伺服變量泵。

      其工作原理為:圖3-34.2所示的伺服變量機構,是由一個變量活塞和一個伺服滑閥組成的伺服系統。變量活塞4的小端A腔(直徑D2)常通泵的出油口,滑閥2連接三個油口:a通進口高壓油;b通變量活塞大端的B腔;c通低壓(回油)。當拉桿1靜止時,滑閥2亦不動,油口a、b、c被滑閥2封閉,變量活塞4的兩端A、B腔亦處于封閉狀態,因此變量活塞亦靜止,此時的斜盤傾角保持某一值不變,泵的排量亦不變。當用手拉動拉桿1帶動滑閥2向上移動時,油孔b、c連通,變量活塞B腔油液經孔b、c流入泵體內回油。變量活塞在A腔高壓油作用下向上移動,斜盤傾角隨之擺動。當滑閥2又將油孔a、b、c封閉時,變量活塞不動。泵的排量保持減小后的量不變。當推動拉桿向下移動時,b、c被封閉,變量活塞兩端的A、B腔通過a孔連通,都作用著高壓油,但由于上腔的作用面積大,因此變量活塞向下移動,斜盤傾角隨之增加,泵的排量亦隨之增加。當滑閥2將油孔a、b、c通道封閉時,變量活塞不動,泵的排量保持增加后的量不變。拉桿帶動滑閥不斷地上下移動,a、b、c油上的通斷隨之改變,使得變量活塞不斷地隨滑閥上下移動,從而不斷改變泵的排量。這就是手動伺服變量的工作原理。

       由上述可知,伺服變量機構是通過操作液壓伺服閥動作,利用泵輸出的壓力油推動變量活塞來實現變量的。故加在拉桿上的力很小,控制靈敏。拉桿可用手動方式或機械方式操作,斜盤可以傾斜±18°,故在工作過程中泵的吸壓油方向可以變換,因而這種泵就成為雙向變量液壓泵。

        除了以上介紹的兩種變量機構以外,軸向柱塞泵還有很多種變量機構。如:恒功率變量機構、恒壓變量機構、恒流量變量機構等,這些變量機構與軸向柱塞泵的泵體部分組合就成為各種不同變量方式的軸向柱塞泵。

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