第二章 液压泵

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本章主要内容
① 液压泵的工作原理与性能参数 ② 液压泵的分类选用及其符号 ③ 齿轮式、叶片式、柱塞式液压泵
通过本章的学习，要求： 掌握这几种泵的工作原理（泵是如何吸油、压 油和配流的）、结构特点及主要性能特点； 了解不同类型的泵之间的性能差异及适用范围， 为日后正确选用奠定基础。
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第一节 液压泵概述
Z ——柱塞数
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配流 轴式 径向 柱塞 泵
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配流轴式径向柱塞泵结构特点
• 配流轴配流，因配流轴上与吸、压油窗口对 应的方向开有平衡油槽，使液压径向力得到 平衡，容积效率较高。
• 柱塞头部装有滑履，滑履与定子内圆为面接 触，接触面比压很小。
• 可以实现多泵同轴串联，液压装置结构紧凑。 • 改变定子相对缸体的偏心距可以改变排量，
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斜轴式无铰轴向柱塞泵
• 特点：柱塞 受力状态较 斜盘式好， 不仅可增大 摆角来增大 流量，且耐 冲击、寿命 长。
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叶片泵
• 叶片泵又分为双作用叶片泵和单作用叶 片泵。双作用叶片泵只能作定量泵用， 单作用叶片泵可作变量泵用。
• 双作用叶片泵因转子旋转一周，叶片在 转子叶片槽内滑动两次，完成两次吸油 和压油而得名。
使理论流量均匀，噪声低。
• 定子曲线圆弧段圆心角β≥配流窗口的间距角γ
≥叶片间夹角α（= 2π/ z ）。
• 为减少两叶片间的密闭容积在吸压油腔转换时
因压力突变而引起的压力冲击，在配流盘的配
流窗口前端开有减振槽。
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• 叶片槽根部全部通压力油会带来以下副作用： 定子的吸油腔部被叶片刮研，造成磨损；减少了 泵的理论排量；可能引起瞬时理论流量脉动。 进而，影响了泵的寿命和额定压力的提高。
额定压力Ps：泵（马达）在额定工况条件下按试
验标准规定的连续运转的最高压力，超过此值就是
过载。
吸入压力：泵进口处的压力。
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排量
每转排量V ：无内外泄漏时，泵（马达）每 转一周所排出（吸入）液体的体积。
每弧度排量Vd ：泵（马达）每转一弧度所排 出（吸入）液体的体积，也称角排量。
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流量
理论流量 qt ：无内外泄漏时，单位时间内泵 （马达）排出（吸入）液体的体积。泵、马达的流
• 轴向柱塞泵
– 斜盘式轴向柱塞泵
– 斜轴式无铰轴向柱塞泵
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配流轴式径向柱塞泵工作原理
• 工作原理
缸体 均布有几个柱塞孔， 柱塞底部空间为密闭 工作腔。
柱塞 其头部滑履与定子 内圆接触。
定子 与缸体存在偏心。
配流轴
传动轴 排量公式 V =（πd 2 / 2 ）e z
式中： e ——定子与缸体之间的偏心距
– 传动轴
排量公式
V= 4BzRe sin(π/z ) 49
图2.7单作用叶片泵工作原理
1—压油口;2 —转子;3 —定子;4 —叶片;5 —吸油口
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双作用叶片泵
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双作用叶片泵工作原理
• 工作原理 由定子内环、转子外圆和左右配流盘组成的 密闭工作容积被叶片分割为四部分，传动轴带动转子旋 转，叶片在离心力作用下
紧贴定子内表面，因定子
内环由两段大半径圆弧、
两段小半径圆弧和四段过
渡曲线组成，故有两部分
密Βιβλιοθήκη Baidu容积将减小，受挤压的
油液经配流窗口排出，两部分密闭容积将增大形成真
P qt Tt
Tt
P Vd ; P
Tt Vd
实际上，液压泵和液压马达在 能量转换过程中是有损失的，因 此输出功率小于输入功率。
功率损失可以分为容积损失和机械损失两部分：
容积损失是因泄漏、气穴和油液在高压下压缩等 造成的流量损失。
机械损失是因摩擦而造成的转矩上的损失。
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泵容积损失 可用容积效率 v 来表征。
• 单作用叶片泵转子每转一周，吸、压油 各一次，故称为单作用。
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双作用叶片泵
• 结构组成 – 定子 其内环由两段大半径R 圆弧、两段小半径 r 圆弧和 四段过渡曲线组成 – 转子 铣有Z个叶片槽，且与 定子同心，宽度为B – 叶片 在叶片槽内能自由滑 动 – 左、右配流盘 开有对称布 置的吸、压油窗口 – 传动轴
这种吸油和排油均依赖密闭容积变化的泵，被 称之为容积式泵。
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液压泵和液压马达工作的必需条件：
（1）必须有一个大小能作周期性变化的封闭容积； （2）必须有配流动作，即
封闭容积增大时吸入低压油 封闭容积减小时排出高压油 液压泵 封闭容积增大时充入高压油 封闭容积减小时排出低压油 液压马达 （3）高低压油不得连通。
量为其转速与排量的乘积，即 qt Vd V。 n
额定流量 q ：在额定转速和额定压力下泵输出
（马达输入）的流量，也是按试验标准规定必须保 证的流量。由于泵和马达存在内泄漏，油液具有压 缩性，所以额定流量和理论流量是不同的。
瞬时流量qsshh：液压泵任一瞬时理论输出流量。
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功率和效率：液压泵由原动机驱动，输入量是
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液压泵和液压马达都是液压传动系统中的能量转 换元件。
液压泵由原动机驱动，把输入的机械能转换成
为油液的压力能，再以压力、流量的形式输入到
系统中去，它是液压系统的动力源。
液压泵
Q p
Q
液压输出
Q p
p Tp
液压输入
m Tm
J
机械输出
机械输入
液压马达
液压马达则将输入的压力能转换成机械能，以
扭矩和转速的形式输送到执行机构做功，是液压传
m
T T
t
Tt Tf Tt
1 Tf Tt
T Tt •m
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T Tt •m
液压马达的总效率等于其容积效率和机械效率的乘积。
vm
液压泵、马达的容积效率和机械效率在总体上与 油液的泄漏和摩擦副的摩擦损失有关。
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q qt •v
Tt T m
理想泵 :
P×qt Tt×
T P×(V ) d
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柱
缸
塞
体
滑
履
组
配 流
斜 盘
盘
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轴向柱塞泵
压油
吸油 径向柱塞泵
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斜盘式轴向柱塞泵的结构特点
• 三对磨擦副：柱塞与缸体孔，缸体与配流盘， 滑履与斜盘。容积效率较高，额定压力可达 31.5MPa。
• 泵体上有泄漏油口。 • 传动轴是悬臂梁，缸体外有大轴承支承。 • 为减小瞬时理论流量的脉动性，取柱塞数为
m Tm
J
机械输出
液压马达
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三、液压泵的分类和选用
液压泵按其在单位时间内所能输出油液体积能 否调节而分为定量泵和变量泵两类；
按主要构件的形状和运动方式可以分为齿轮式、 叶片式、柱塞式和螺杆式四大类。
液压马达也具有相同的形式。 从工作过程可以看出，在不考虑漏油的情况 下，液压泵在每一工作周期中吸入或排出的油液 体积只取决于工作构件的几何尺寸，如柱塞泵的 柱塞直径和工作行程。
• 液压泵是液压系统的动力元件，将原动机 输入的机械能转换为压力能输出，为执行 元件提供压力油。
• 液压泵的性能好坏直接影响到液压系统的 工作性能和可靠性。
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一、图形符号
液压泵的符号
泵的输入参量 转矩 T 角速度 ω
输出参量 流量 Q 压力 p 4
液压马达的符号
单向定量 单向变量
马达的输入参量 流量 Q 压力 p
转矩 T和角速度 ， 输出量是液体的压力 和p流量 ； 如果q 不考虑液压泵、马达在能量转换过程中的损失，
则输出功率等于输入功率，也就是它们的理论功率 是：
Nt pqt Tt 2Ttn
式中：
Tt ,n — 液压泵、马达的理论转矩和转速。
p , qt — 液压泵、马达的压力和理论流量。
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理想泵或马达:
对液压马达来说，输入液压马达的实际流量 q 必然大
于它的理论流量 qt即 q qt ql ，它的容积效率为：
v
qt q
q ql q
1 ql q
q qt
v
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马达容积损失
q qt
v
理想泵 :
P×qt Tt×
Tt P×(Vd )
p T /(V )
t
d
V 泵的角度排量 d
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机械损失 机械损失是因摩擦而造成的转矩上的损失。 对液压泵来说，泵的驱动转矩总是大于其理论上需
且变量方式多样。
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斜盘式轴向柱塞泵工作原理
• 工作原理
– 缸体：均布Z 个柱塞 孔，分布圆直径为D
– 柱塞滑履组：柱塞直
α
径为d
– 斜盘：相对传动轴倾
角为α
– 配流盘
– 传动轴
排量公式 V =（πd 2 / 4 ）D z tg α
改变斜盘倾角可以改变泵的排量
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缸体3
斜盘1
柱塞2
配油盘4
奇数：5，7，9。
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• 为防止密闭容积
在吸、压油转换 时因压力突变引 起的压力冲击， 在配流盘的配流 窗口前端开有减 振槽或减振孔。
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斜轴式无铰轴向柱塞泵
• 工作原理与斜盘式轴 向柱塞泵类似，只是 缸体轴线与传动轴不 在一条直线上，它们 之间存在一个摆角β， 柱塞与传动轴之间通 过连杆连接。传动轴 旋转通过连杆拨动缸 体旋转，强制带动柱 塞在缸体孔内作往复 运动。
空，经配流窗口从油箱吸油。
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• 排量公式 • V = 2πB（R 2 – r 2）- 2 z BS（R - r）/ cosθ
– θ为叶片倾角
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双作用叶片泵的结构特点
• 径向力平衡。
• 为保证叶片自由滑动且始终紧贴定子内表面，
叶片槽根部全部通压力油。
• 合理设计过渡曲线形状和叶片数（z≥8），可
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液压泵的选用
• 是否要求变量 径向柱塞泵、轴向柱塞泵、单作 用叶片泵是变量泵。
• 工作压力 柱塞泵压力31.5MPa；叶片泵压力 6.3MPa，高压化以后可达16MPa；齿轮泵压力 2.5MPa，高压化以后可达21MPa。
• 工作环境 齿轮泵的抗污染能力最好。
• 噪声指标 低噪声泵有内啮合齿轮泵、双作用叶 片泵和螺杆泵，双作用叶片泵和螺杆泵的瞬时流 量均匀。
措施：减小吸油区叶片槽根部油液压力或叶片根部 有效作用面积。
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• 提高双作用叶片泵额定压力的措施：
– 采用浮动配流盘母 实叶现片端面间隙补偿 1 – 减小通4 往吸油3区压 叶力 片油道 根部1的油液压力（↓p）
–定子 减小吸油区叶片根部的有效作用面积
• 阶梯式叶片（中 ↓间 s ）压力腔 转子 • 子母叶片（↓b ）
双向定量 双向变量
输出参量 转矩 T 角速度 ω
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二、液压泵（或马达）工作原理
凸轮1旋转时，当柱塞向右移动，工作腔容积变 大，产生真空，油液便通过吸油阀5吸入；
柱塞向左移动时，工作腔容积变小，已吸入的油 液便通过压油阀6排到系统中去。
系统
6
Q
B
泵排出
O
C
A
泵吸入
由此可见，泵是靠密闭工作腔的容积变化进行 工作的。
压力平衡孔
• 柱销式叶片 （↓b ）
p2 2
p1
p1
子叶片
t
B
图2.16母子叶片结构 图2.17 1—定子；2 —转子；3 —中间油腔；4 —压力平衡油 48
道
单作用叶片泵
• 工作原理
– 定子 内环为圆
– 转子 与定子存在 偏心e，铣有z 个叶 片槽
– 叶片 在转子叶片 槽内自由滑动，宽 度为B
– 左、右配流盘 铣 有吸、压油窗口
• 效率 轴向柱塞泵的总效率最高；同一结构的泵，
排量大的泵总效率高；同一排量的泵在额定工况
下总效率最高。
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四、液压泵的基本性能参数
液压泵的基本性能参数主要是指液压泵的压力、 排量、流量、功率和效率等。
压力
工作压力P：指泵（马达）实际工作时的压力。泵
指输出压力；马达指输入压力。实际工作压力取决于
相应的外负载。
p T /(V )
t
d
V 泵的角度排量 d
q qt
v T Tt •m
图2.2 液压泵、马达的能量传递方框图 26
柱塞泵
柱塞沿径向放置的泵称为径向柱塞泵，
柱塞轴向布置的泵称为轴向柱塞泵。为了连
续吸油和压油，柱塞数必须大于等于3，且
都为奇数。
• 径向柱塞泵
– 配流轴式径向柱塞泵
– 阀配流径向柱塞泵
动系统的执行元件。
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液压马达是实现连续旋转运动的执行元件， 从原理上讲，向容积式泵中输入压力油，迫使其 转轴转动，就成为液压马达，即容积式泵都可作 液压马达使用。
但在实际中由于性能及结构对称性等要求不同， 一般情况下，液压泵和液压马达不能互换。
液压泵
p Tp
机械输入
Q p
Q
液压输出
Q p
液压输入
对液压泵来说，输出压力增大时，泵实际输出的流
量 减q小。设泵的流量损失为 ，则ql
qt q ql
q qt •v
v
q qt
qt ql qt
1 ql qt
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理想泵 :
泵容积损失
P× q t
T× t
Tt
P× (V ) d
p T /(V )
t
d
V 泵的角度排量 d
q qt •v
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马达容积损失
要的驱动转矩，设转矩损失为 Tf ，理论转矩为 Tt ， 则泵实际输入转矩为 T Tt T f ，用机械效率 m 来
表征泵的机械损失，则 Tt T m
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T Tt
m
液压泵的总效率 等于其容积效率和机械效率的乘
积：
vm
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马达的机械损失
对于液压马达来说，由于摩擦损失的存在，其实际
输出转矩 T 小于理论转矩 Tt ，它的机械效率为 m