液壓與氣動(dòng)技術(shù)模塊二液壓動(dòng)力裝置項(xiàng)目一液壓壓力機(jī)液壓泵的選型與故障分析液壓壓力機(jī)液壓泵的選型與故障分析液壓泵是液壓系統(tǒng)的核心元件，它的合理選用，對(duì)提高系統(tǒng)的效率、保證系統(tǒng)可靠工作、降低能耗、減少噪聲都十分重要。如圖2-1所示液壓壓力機(jī)，它是利用液壓系統(tǒng)工作的，液壓壓力機(jī)的工作壓力為10MPa，進(jìn)入液壓缸的流量為6L/min，該液壓系統(tǒng)的動(dòng)力元件是液壓泵，請(qǐng)為設(shè)備選擇合適的液壓泵。（一）液壓泵的工作原理

液壓泵是由原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液體壓力能的裝置，向液壓系統(tǒng)提供一定流量和壓力的液壓油，起著向系統(tǒng)提供動(dòng)力的作用，是液壓系統(tǒng)不可缺少的核心元件，其實(shí)質(zhì)是個(gè)能量轉(zhuǎn)換裝置。一、認(rèn)識(shí)液壓泵液壓泵都是依靠密封工作腔容積大小交替變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油和壓油的，故稱之為容積式液壓泵。

液壓泵正常工作需要滿足如下條件：

（1）必須具有一個(gè)由運(yùn)動(dòng)部件和非運(yùn)動(dòng)部件所構(gòu)成的密閉容積空間。

（2）密閉容積的大小隨運(yùn)動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)做周期性的變化，容積由小變大—吸油，由大變小—壓油。

（3）必須有配流機(jī)構(gòu)，其作用是將液壓泵的吸油腔和壓油腔隔開。一、認(rèn)識(shí)液壓泵（二）液壓泵的分類

1.按液壓泵輸出流量是否可調(diào)節(jié)分類：變量液壓泵，定量液壓泵。

2.按輸出油液的流向分類：?jiǎn)蜗虮?，雙向泵。

3.按液壓泵的結(jié)構(gòu)形式不同分類：回轉(zhuǎn)式液壓泵，往復(fù)式液壓泵。

4.按液壓泵的壓力不同分類

按液壓泵的壓力不同可以分為低壓泵、中壓泵、中高壓泵、高壓泵和超高壓泵。一、認(rèn)識(shí)液壓泵（三）液壓泵的主要性能參數(shù)

1.壓力（MPa）

（1）工作壓力

（2）額定壓力

（3）最高允許壓力

2.排量和流量

（1）排量

（2）流量

3.功率與效率

（1）輸入功率

（2）輸出功率

（3）容積損失

（4）機(jī)械損失

（5）液壓泵的總效率一、認(rèn)識(shí)液壓泵齒輪泵是液壓系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的一種液壓泵，它是依靠泵殼與嚙合齒輪間所形成的容積變化和移動(dòng)來(lái)輸送液體并使之增加的回轉(zhuǎn)泵。根據(jù)齒輪嚙合形式，齒輪泵分為內(nèi)嚙合齒輪泵和外嚙合齒輪泵兩種，其中外嚙合齒輪泵應(yīng)用最廣泛，廣泛應(yīng)用于各種中、低壓系統(tǒng)中。齒輪泵在結(jié)構(gòu)上不斷完善，可達(dá)到較高的工作壓力，目前，高壓齒輪泵的工作壓力可達(dá)14~25MPa。

（一）外嚙合齒輪泵的工作原理二、齒輪泵（一）外嚙合齒輪泵的工作原理

在泵的殼內(nèi)有一對(duì)齒數(shù)、寬度相等的外嚙合圓柱齒輪，齒輪由端蓋和殼體罩住。殼體、端蓋和齒輪的各個(gè)齒間槽組成密閉工作腔，嚙合齒輪的嚙合線和齒頂將左右兩個(gè)密閉工作腔自然分開，實(shí)現(xiàn)吸油腔和壓油腔的配流，稱為自然配流。

當(dāng)齒輪按圖（b）所示方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，右側(cè)吸油腔由于相互嚙合的齒輪逐漸脫開，密封工作腔的容積逐漸增大，形成局部真空。油箱中的油液在外界大氣壓力的作用下，經(jīng)吸油管進(jìn)入吸油腔，將齒槽充滿，隨著齒輪旋轉(zhuǎn)，油液被帶到左側(cè)密封工作腔內(nèi)。隨著左側(cè)腔內(nèi)的齒輪進(jìn)入嚙合，密封工作腔的容積減小，壓力增大，齒槽內(nèi)的油液被擠壓強(qiáng)行排出，形成高壓油液進(jìn)入管路系統(tǒng)中工作。

外嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕、易加工、成本低、維護(hù)方便、自吸能力強(qiáng)、對(duì)油液污染不敏感。

缺點(diǎn)是一些機(jī)械件要承受不平衡徑向力，磨損嚴(yán)重，泄露大，工作壓力受限。此外，流量脈動(dòng)大，產(chǎn)生的壓力脈動(dòng)和噪音較大。二、齒輪泵（二）內(nèi)嚙合齒輪泵的工作原理

內(nèi)嚙合齒輪泵有漸開線齒輪泵和擺線齒輪泵（又稱轉(zhuǎn)子泵）兩種。其工作原理也是利用齒間密封容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油、壓油的。

內(nèi)嚙合齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小、重量輕。由于齒輪同向轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)滑動(dòng)小，磨損小，使用壽命長(zhǎng)。在高轉(zhuǎn)速下工作時(shí)有較高的容積效率；

其缺點(diǎn)是齒形復(fù)雜，加工精度要求高，需要專門的制造設(shè)備，造價(jià)貴。二、齒輪泵（三）影響齒輪泵工作的因素

1.內(nèi)泄漏較嚴(yán)重

三條途徑泄漏：一是齒輪嚙合處的間隙，稱為嚙合泄漏;二是徑向間隙，稱為齒頂泄漏；三是端面間隙，稱為端面泄漏。其中，通過(guò)端面間隙的端面泄漏量最大，占總泄漏量的75%～80%。

2.齒輪嚙合區(qū)的困油現(xiàn)象

在一對(duì)齒輪即將脫開嚙合之前，后面的一對(duì)輪齒要進(jìn)入嚙合，并且有一部分油液被圍困在兩對(duì)輪齒所形成的封閉空腔之間。

消除困油的方法通常是在齒輪泵的兩側(cè)端蓋上銑卸荷槽。二、齒輪泵（三）影響齒輪泵工作的因素

3.齒輪的徑向力不平衡

齒輪泵中的兩個(gè)齒輪在工作時(shí)，作用在齒輪上的徑向壓力是不均衡的。位于壓油腔側(cè)的輪齒由于液體的壓力高而受到很大的徑向力，而處于吸油區(qū)的輪齒所受的徑向力就較小。

為了減小齒輪泵的不平衡徑向力，齒輪泵上采取縮小壓油口的方法，使壓力油的徑向壓力僅作用在1~2個(gè)齒的小范圍內(nèi)，同時(shí)可適當(dāng)增大徑向間隙，使齒輪在不平衡壓力作用下，齒頂不至于與殼體相接觸和摩擦。二、齒輪泵（四）齒輪泵的特點(diǎn)及故障分析

1.齒輪泵的優(yōu)點(diǎn)

（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性較好，成本較低。

（2）與同樣流量的其他各類泵相比，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。

（3）自吸性能好。無(wú)論在高、低轉(zhuǎn)速甚至在手動(dòng)情況下都能可靠地實(shí)現(xiàn)自吸。

（4）轉(zhuǎn)速范圍大。因泵的傳動(dòng)部分以及齒輪基本上都是平衡的，在高轉(zhuǎn)速下不會(huì)產(chǎn)生較大的慣性力。

（5）油液中污物對(duì)其工作影響不嚴(yán)重，不易咬死。

2.齒輪泵的缺點(diǎn)

（1）工作壓力較低。齒輪泵的齒輪，軸及軸承上受的壓力不平衡，徑向負(fù)載大，限制了泵壓力的提高。

（2）容積效率較低。這是由于齒輪泵的端面泄漏大造成。

（3）流量脈動(dòng)大，引起壓力脈動(dòng)大，使管道、閥門等產(chǎn)生振動(dòng)，噪聲大。

3.齒輪泵常見故障產(chǎn)生原因及排除方法見表二、齒輪泵葉片泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、使用壽命較長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

按葉片泵輸出流量是否可變，可分為定量葉片泵和變量葉片泵。

按每轉(zhuǎn)吸、壓油次數(shù)和軸、軸承等零件所承受的徑向液壓力，又分為單作用葉片泵和雙作用葉片泵。

（一）單作用葉片泵

1.單作用葉片泵工作原理

三、葉片泵2.單作用葉片泵的特點(diǎn)

（1）泵流量可以調(diào)節(jié)。改變定子和轉(zhuǎn)子之間的偏心距大小便可以改變各個(gè)密封容積的變化幅度，可以從零到某一最大值之間連續(xù)或者有級(jí)地改變排量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)泵流量的作用。

（2）吸、壓油路可以反向。當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子的偏心方向反向時(shí)，外部油路的吸油壓油方向也相反，所以可以實(shí)現(xiàn)吸、壓油路的方向改變。

（3）轉(zhuǎn)子的徑向力不平衡。由于定子與轉(zhuǎn)子的偏心安裝結(jié)構(gòu)，液壓泵的轉(zhuǎn)子受到不平衡的徑向力的作用，軸承負(fù)載較大，壽命較短。所以這種泵一般只用于低壓系統(tǒng)。

（4）葉片后傾。為保證葉片受力狀況良好，能靈活地在槽內(nèi)滑動(dòng)，單作用式葉片泵的葉片沿旋轉(zhuǎn)方向后傾斜24°左右。三、葉片泵（二）雙作用葉片泵

1.雙作用葉片泵的工作原理

轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周，每個(gè)密封工作油腔完成兩次吸、壓油過(guò)程，故稱為雙作用式葉片泵。

作用在轉(zhuǎn)子上的油液壓力相互平衡，因此雙作用葉片泵又稱卸荷式葉片泵。

雙作用葉片泵為定量泵。三、葉片泵（二）雙作用葉片泵

2.雙作用葉片泵的特點(diǎn)

（1）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，故雙作用泵只能用作定量泵使用。

（2）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卸荷式泵。因此有利于泵的工作壓力的提高，且壽命較長(zhǎng)。

（3）葉片沿旋轉(zhuǎn)方向前傾10~14°，以減小壓力角。三、葉片泵柱塞泵是通過(guò)柱塞在缸體中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)造成密封容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)吸油與壓油的一種液壓泵。

與齒輪泵和葉片泵相比，柱塞泵有許多優(yōu)點(diǎn):

（1）柱塞和缸孔加工方便，可得到較高的配合精度，密封性能好，泵的內(nèi)泄漏很小，在高壓條件下工作，具有較高的容積效率，所允許的工作壓力高，這是柱塞泵最顯著的優(yōu)點(diǎn)；

（2）只需改變柱塞的工作行程就能改變流量，易于實(shí)現(xiàn)變量；

（3）柱塞泵中的主要零件均受壓應(yīng)力作用，材料強(qiáng)度性能可得到充分利用。

常用在需要高壓、大流量、大功率和流量需要調(diào)節(jié)的系統(tǒng)中。在起重運(yùn)輸機(jī)械、鑄鍛設(shè)備、工程機(jī)械、礦山冶金機(jī)械、船舶、挖掘機(jī)等設(shè)備中得到應(yīng)用。

柱塞泵按柱塞相對(duì)于驅(qū)動(dòng)軸位置排列方向的不同，可分為徑向柱塞泵和軸向柱塞泵。四、柱塞泵（一）徑向柱塞泵工作原理

當(dāng)缸體回轉(zhuǎn)一周時(shí)，每個(gè)柱塞底部的密封容積完成一次吸油和壓油，缸體連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，即完成吸、壓油工作

徑向柱塞泵的輸出流量受偏心距e大小控制。

偏心的方向改變，進(jìn)油口和壓油口也隨之變換，從而形成了雙向變量泵。

配油軸的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，自吸能力較差;且配油軸受到徑向不平衡液壓力的作用，易單向彎曲并加劇磨損，從而限制了徑向柱塞泵轉(zhuǎn)速和壓力的提高。四、柱塞泵（二）軸向柱塞泵的工作原理

四、柱塞泵（三）柱塞泵的優(yōu)、缺點(diǎn)

1.柱塞泵的優(yōu)點(diǎn)：

（1）工作壓力高。主要零件部件都承受壓力，充分發(fā)揮了材料性能。

（2）效率高。其工作中泄漏較小，容積效率較高。

（3）結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕。特別是軸向柱塞泵其徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量也較小。

（4）流量調(diào)節(jié)方便、自吸能力強(qiáng)。

2.柱塞泵的缺點(diǎn)

（1）造價(jià)高。結(jié)構(gòu)較其他形式復(fù)雜，材料及加工精度較高，制造工作量較大。

（2）軸向力大。軸向尺寸大，軸向作用力大。

柱塞泵特別適合于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合下，如工程機(jī)械、液壓機(jī)、重型機(jī)床等設(shè)備中。

（四）軸向柱塞泵故障產(chǎn)生原因及排除方法見表。四、柱塞泵選擇液壓泵的主要原則是滿足系統(tǒng)的工況要求，并以此為根據(jù)，確定泵的輸出流量、工作壓力和結(jié)構(gòu)形式。

1.確定泵的額定流量

泵的流量應(yīng)滿足執(zhí)行元件最高速度要求，所以泵的輸出流量應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)所需的最大流量和泄漏量來(lái)確定，即