2.3变量叶片泵

变量叶片泵

非平衡式叶片泵，即国内通常所称的单作用叶片泵，能够很方便地通过改变定子环与转子之间的偏心量来实现变排量调节。

第一节非平衡式叶片泵变量控制的基本原理

一、利用定子内侧不平衡液压力实现变量（内反馈式）

1．变量工作原理

图6－1（叶片泵）。当泵工作时油液对定子内环侧表面会产生一个斜向上的不平衡径向液压力F0，该力的水平分力F2由调压弹簧2承受，当泵的工作压力升高到水平分力F2超过弹簧预紧力时，定子将向左移动，则偏心量减少，从而减小泵的排量。工作压力越高，泵的排量越小，直至为零。这类泵实现变量运动的方法是直接利用泵工作容积内压力对定子的作用来产生变量运动所需的操纵力，所以国内习惯称为内反馈式。

2．流量――压力特性

内反馈叶片泵的Q――p特性曲线如图6－2（叶片泵）所示。图中p0是开始变量的压力（称为截流压力），由弹簧和压力调节螺栓调整设定；pd是输出流量为零时的压力，亦即变量机构设定的最大压力。在p0压力以前，泵全排量工作。一但压力超过p0，泵的排量迅速减少，曲线下降线性段的斜率取决于调压弹簧2的刚度。

图6－3表示弹簧刚度不同时得到的A、B、C三种典型的流量――压力特性及相应的功率特性。

（1）近似恒压特性（A曲线），弹簧刚度较弱；

（2）中间型特性（B曲线），弹簧刚度稍强；

（3）近似恒功率特性（C曲线），弹簧刚度更强，流量与压力大致成反比例变化，二者乘积近似为常数。

3．特性曲线的调整

限压式叶片泵Q――p特性曲线的调整包括流量和压力两个参数。

（1）调整图6－1中的流量调节螺栓3，可以使定子的最大偏心距限定在不同的数值，体现在Q――p曲线水平段的上、下平移；

（2）调整图6－1中的压力调节螺栓1，可以改变弹簧2的预紧力，从而改变开始变量的压力p0，体现在曲线下将段的左、右平移。见图6－4

二、利用泵出口压力和控制活塞实现变量（外反馈式）

1．变量工作原理

图6－5，泵运转时，若工作压力较低，调压弹簧9使压力补偿器阀芯4处于图示位置，借两个活塞的液压作用力之差使定子固定在最大偏心位置上；当泵的压力升高到弹簧9的调定值时，补偿器阀芯4在右位工作，于是定子在右侧小活塞2的推动下迅速左移，偏心量减少，直至排量为零。这类泵实现变量运动的方法是将泵出口压力引到定子外侧的变量活塞，从而产生使定子移动所需的变量操纵力，所以国内习惯称其为外反馈式。

2．流量――压力特性

图6－6所示，由于采用外反馈，所以变量运动非常灵敏，Q――p曲线下降段具有垂直特性，这种特性称为恒压变量特性。

3．特性曲线的调整

（1）偏置活塞右端的流量调节螺栓10，可以改变最大流量，实现Q――p特性曲线水平段的上、下平移；

（2）调整压力补偿器调压弹簧9的预紧力，可以实现Q――p特性曲线垂直下降段的左右平移。图6－7。

第二节普通非平衡式变量叶片泵

一、典型结构

1．内反馈限压式变量叶片泵

图6－9（叶片泵）是这种泵的典型结构，除符合一般内反馈式变量叶片泵的基本结构和原理外，具体结构上有以下特征：

（1）叶片及倾角

这类泵的叶片为普通叶片，叶片在转子上的安装角不同于普通平衡式定量叶片泵，叶顶偏斜方向与转向相反，向后倾斜，而且倾角较大。

（2）配油盘油窗口布置及叶片根部通油

为了使压油区产生令定子环水平移动的横向分力（图6－1中的F2），有意将配油盘的弧形吸、排油窗口设计成沿圆周偏转一个角度布置。而叶片根部通油槽沿圆周分成两端，其中对应于压油区和高、低压切换过度区叶片根部的油槽a通入泵出口压力油；对应于吸油区叶片根部的油槽b通入吸入口低压油。这样，无论吸油区还是压油区的叶片，其根部与顶部作用的液压力都基本平衡，对定子的压紧力较小。

（3）支承滑块

设置在泵体上的支承滑块一方面承受压油区作用于定子的向上分力；另一方面在定子环左、右移动改变偏心时提供一个滑动支撑，使定子环的移动比较灵活。

（4）泄漏口

这种泵设有单独的泄漏油口，使用时需用管路将泄漏油接回油箱，这是与定量叶片泵的结构区别之一。目的在于解决变量泵在截流压力下以小排量工作时的循环冷却问题。

2．外反馈限压式变量叶片泵

图6－10是国产YBX型外反馈限压式普通变量叶片泵的结构。泵出口压力油通过泵内通道被引至右侧控制活塞端部。变量操纵力直接由定子左侧的大弹簧承受，该弹簧同时也是调压弹簧。由于未使用具有先导控制作用的压力补偿控制器，该泵的控制性能较差。

二、应用实例

图6－17，轻载快速行程和负载慢速进给驱动，这是限压式变量叶片泵的典型应用之一。轻载时，泵1的输出油液经阀2直接进入油缸，系统压力低泵全排量，实现快速行程；当工作部件趋近到负载物时，行程挡块使机动滑阀2右移，切断油液通路，泵1输出油液经调速阀4进入液压缸，泵与调速阀串联组成所谓的容积节流调速回路。当泵1的出口压力超过变量压力p0时，泵进入变量调节状态，排量减小，于是液压缸变为慢速工作进给。

第三节高性能非平衡式变量叶片泵

高性能非平衡式变量叶片泵普遍采用双叶片结构，并带有压力或流量补偿控制器对变量活塞起先导控制作用。图6－21是双叶片式高性能变量叶片泵的典型结构，由美国威格士公司生产。每个转子槽内有两块叶片，而且叶片沿转子径向放置，倾角为零。

采用双叶片结构的目的是实现叶片径向液压力的平衡，解决高压工作时叶片顶端对定子的磨损问题。配流盘（侧板）设计考虑了预压缩的需要，采取了带耐磨衬板的结构。

高性能变量叶片泵的性能特点是压力高，噪声低，变量调节功能多，而且动态响应性能好。第四节高性能变量叶片泵的变量调节控制器

一、压力补偿控制器

其基本原理在第一节中已有叙述。而图6－29所示，压力控制阀PC加接远程调压阀作为先导级，变成液压遥控的压力补偿控制器，这时截流压力改由远程调压阀PP的调压弹簧设定。若使用电液比例调压阀代替图6－29中的远程调压阀，则可通过改变控制电流大小来调节截流压力，成为电气遥控的压力补偿控制器，图6－30所示。

这种变量叶片泵可以作为恒压油源用于电液伺服系统。

二、流量补偿控制器

图6－31所示，流量补偿控制器实际上是一个负载传感阀LS与泵出口管路上的节流阀FC 并用，且节流阀的上游压力p1作用于LS阀右端，下游压力p2作用于LS阀的左端。工作流量根据运动元件速度的需要由节流阀FC调节选择。

负载传感阀LS的作用是检测系统负载压力p2,并且使泵的供油压力p1跟随负载压力的变化，保持高于负载压力p2一个恒定的压差Δpf。这个压差由LS阀的弹簧力设定，称为负载传感控制压差。Δpf=p1-p2=Fs/Av （式中：Fs为弹簧力；Av为阀芯端部有效面积。）

若泵输出的流量大于节流阀FC调定的流量，则p1压力升高，LS阀失去平衡，阀芯左移，开启控制阀口，使大活塞C2的控制油接通油箱卸压，定子被小活塞C1推向较小偏心量的位置，使泵的输出流量减小，p1压力降低，直至恢复设定的压差Δpf为止。这时泵的输出流量正好与FC阀调定的流量一致。反之亦然。

由于负载传感阀LS所设定的节流阀前后的压力差Δpf基本恒定，所以流量Q只取决于节流口的通流面积，只要调节FC阀的开度，就能按比例地改变所选择的工作流量。

与此同时，节流阀FC又以压力差的方式检测泵的输出并流过节流阀的实际流量。如果泵输出的实际流量与调定的流量Q不符，节流阀前后压力差（p1-p2）便偏离设定值Δpf，从而发出信号使LS阀动作并控制泵进行变量，直至输出的流量与FC阀调定的流量Q一致。

可见，流量补偿控制器是以流量为信号（体现为节流阀的前后压差）控制泵的排量，使泵实现与系统的压力匹配和流量匹配。

三、流量压力补偿控制器

流量压力补偿控制器实质上相当于上述压力补偿器与流量补偿器的组合，目的在于使变量叶片泵不仅在系统正常运转时实现功率匹配，而且还具有高压零流量保压和低压零流量待命功能，亦即在保压工况下和系统待命状态下也实现功率匹配。

图6－33，为流量压力控制器的原理及特性曲线。控制器主要由负载传感阀LS和压力控制阀PC组成，与泵出口管路上的节流阀FC并用。压力控制阀可以加接由远程调压阀PP遥控。由FC、LS阀调节控制泵的输出流量使之与系统需要相适应，并使泵的工作压力与系统负载压力相匹配；PC阀起限压截流作用，使泵在系统压力达到设定的最大压力时处于零流量截止状态，压力值由调压阀PP调整。

还有一种简单型的流量压力补偿控制器，只设一个控制阀LP，同时担当负载传感和限压截流的控制作用，其原理如图6－34。当系统工作压力（节流阀的下游压力）达到远程调压阀PP的调定压力时，PP阀开启，油流通过阻尼孔b产生压差，使LP阀左移，阀口全开，于是大活塞C2接通油箱，定子在小活塞C1推动下移至零偏心位置，泵进入截止状态。截止压力由远程调压阀PP调定。未达到截流压力之前的工作状况与流量补偿控制器完全相同，工作流量由节流阀FC调定。

四、恒功率控制器

图6－35所示，控制阀的作用原理类似于压力补偿控制器中，的压力控制阀PC，但通过机械机构将定子的变量移动按比例地反馈作用于压力控制阀的弹簧，自动调节弹簧力，使定子偏心量减小时，压力控制阀弹簧力按比例地增大。控制的结果，在变量过程中泵输出的压力与流量成反比例变化，二者的乘积等于常数。因此，泵输出的功率保持恒定，即N=pQ=常数。

这种变量泵适用于执行元件需要以低压大流量和高压小流量变换工作的场合，可以充分发挥原动机的功率。

第五节非平衡式变量泵的发展方向

高压，大流量，侧面间隙自动补偿，降低制造成本。

第六节平衡式变量叶片泵简介

非平衡式叶片泵虽然具有许多优点，但其突出问题是径向负荷大，而且难以解决，所以多年来一直在探讨使平衡式叶片泵实现变量的方法，这里介绍一种已经产品化的结构。

一、变量原理

平衡式变量叶片泵实现变量的原理是使定子环相对于配流盘吸、排油窗口偏转，改变定子内曲线与吸、排油窗口在圆周上的相对位置，如图6－37所示。这种变量原理早已为人所知，但是偏转后，会发生闭死容积的扩张，工作时将导致严重的冲击和噪声，因而使这种变量方式长期未能实用化。威格士公司设计生产了一种平衡式变量叶片泵，采用并排布置两组定子和叶片的方法。二者之间各片间容积一一对应连通，变量时两定子同步各向相反方向偏转，以解决闭死容积问题。这种泵有一个公共的转子，其轴向宽度较一般叶片长，每个转子槽内侧边地并列安放两块叶片，外周并列地套上两个定子环，每组叶片沿各自的定子内表面滑动。使定子偏转的变量运动由齿轮机构实现。

平衡式变量叶片泵同样可以配备各种补偿控制器，实现各种变量控制。

第七节叶片泵正常工作条件

一、叶片泵正常工作的条件

由叶片泵的工作原理可知，无论是非平衡式叶片泵还是平衡式叶片泵，为保证其正常工作必须满足下列条件：

（1）叶片随转子转动的同时，应能在转子叶片槽内灵活移动，无卡阻现象。目的是使叶片伸出转子外圆的长度可以随定子内曲线的变化而改变，形成吸油腔和压油腔密封容积大小的变化，以实现吸油和排油。

（2）叶片顶部与定子内表面紧密接触，沿定子内表面滑行，不发生脱空，以形成密封的工作容积。

（3）各相对滑移运动表面，包括叶片与转子叶片槽之间，转子端面、定子端面及叶片端面与两侧板（配流盘）之间要有可靠的密封，限制压油腔与吸油腔之间的泄漏。为此，要严格控制这些表面的配合间隙。

（4）相邻两叶片间的密封容积在吸油区逐渐扩大到最大时，首先应与吸油腔切断，然后迅速转移到压油腔，以防压油腔与吸油腔直接沟通。为此要求配流盘吸、排油窗口之间沿圆周的间隔应等于或稍大于相邻两叶片之间的间隔。在不考虑叶片厚度的情况下，配流窗口之间的夹角β0应等于或稍大于相邻叶片间的夹角β＝2pi/z（z为叶片数），如图17所示。

（5）泵在启动时要有足够的转速产生必要的离心力将叶片甩出，使叶片在根部尚无油液压力作用的情况下，叶片顶部也能紧贴定子内表面，以形成密封容积，使泵进入吸、压油工作状态。此转速一般不得低于600r/min。

（6）吸油腔应充满油液，不得出现吸空，否则混人空气，压油腔不能正常建立压力。为保证吸油连续，对最高转速和油液粘度都有一定限制。当转速超过1800r/min时，由于吸油速度太大，油液可能供给不足，除非结构上采取措施以扩大吸油通道；油液过于粘稠，流动阻力较大，也容易造成吸油不足。

以上条件对叶片泵正常工作至关重要，无论设计、制造或使用维护都必须严格遵循。