2.1 液压泵

学习目标

1.了解液压泵的功用、工作原理、必备条件及性能参数，熟悉液压泵的图形符号。

2.熟悉液压泵的分类，掌握齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的类型、结构特点及应用特点。

3.熟悉液压泵的选择方法。

内容摘要

液压泵俗称油泵，是将电动机或其他原动机输出的机械能转换为油液的压力能（液压能）的能量转换装置，它是动力元件，是液压系统的重要组成部分。

一、液压泵的工作原理、必备条件及性能参数

1.液压泵的工作原理

液压泵的工作原理是依靠密封容积的形成和周期性变化工作，密封容积变大完成吸油动作，密封容积变小完成压油动作。

2.液压泵的必备条件

（1）应具备密封容积。

（2）密封容积能交替变化。泵的输油量和密封容积变化的大小及单位时间内变化次数（变化频率）成正比。

（3）应有配流装置。它的作用是：在吸油过程中密封容积与油箱相通，同时关闭供油管路；在压油过程中，密封容积与供油管路相通，同时切断与油箱的连接。

（4）吸油过程中，油箱必须和大气相通，这是吸油的必要条件。

3.液压泵的性能参数

（1）压力：主要指工作压力和公称压力。工作压力是指泵实际工作时输出液体的实际压力，其大小取决于负载。公称压力是指泵按正常工作试验标准规定的能连续运转的最高工作压力，其大小取决于零件的强度和密封腔的密封效果。

（2）排量：是指按泵的密封腔几何尺寸变化计算而得的泵每转排出液体的体积。

（3）流量：包括理论流量、实际流量和公称流量。理论流量等于排量与转速的乘积，实际流量因泵本身的泄漏而小于理论流量，两者相差一个泄漏量ΔqV。

（4）功率：液压泵输入的是机械能，表现为转矩和转速；其输出的是压力能，表现为压力和流量。

（5）效率：液压泵输出功率总小于输入功率，两者之差为功率损失，功率损失分为容积损失（泄漏造成的流量损失，用容积效率表示）和机械损失（摩擦造成的转矩损失，用机械效率表示）。总效率为容积效率与机械效率之积。

二、液压泵的种类及图形符号

1.液压泵的种类

（1）按输油方向能否改变可分为单向泵和双向泵。

（2）按输出流量能否调节可分为定量泵和变量泵。

（3）按额定压力的高低可分为低压泵、中压泵和高压泵。

（4）按结构不同可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵、螺杆泵等。

2.液压泵的图形符号

三、齿轮泵、叶片泵、柱塞泵的类型、结构特点及性能

1.齿轮泵

（1）类型

齿轮泵按结构形式不同可分为外啮合式和内啮合式。其中外啮合齿轮泵应用较广。

（2）齿轮泵的工作原理

如图2-1-1所示，齿轮泵由泵体、端盖和一对互相啮合的齿轮组成，齿轮的齿间与端盖、泵体之间形成一系列密封容积。

当齿轮泵的主动齿轮逆时针旋转时，泵右侧轮齿脱离啮合，使右侧密封容积增大，形成局部真空，油箱中的油液在外界大气压的作用下，经吸油管路、吸油腔进入齿间，形成了齿轮泵的吸油过程。随着齿轮的旋转，吸入齿间的油液被带到另一侧，进入压油腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间的油液被挤出，形成了齿轮泵的压油过程。齿轮啮合时齿向接触线把吸油腔和压油腔分开，起配油作用。齿轮泵的主动齿轮由电动机带动不断旋转时，齿间的密封容积大小交替变化，从而不断地实现吸油过程和压油过程。

（3）结构特点

齿轮泵的内泄漏较大，其中端面（轴向）间隙的泄漏量最大，为提高齿轮泵的压力和容积效率，就必须对端面间隙进行自动补偿，通常采用的自动补偿装置有浮动轴套式、浮动侧板式和挠性侧板式。

为减少齿轮泵径向力不平衡的影响，常采用增大径向间隙和减小压油口尺寸的方法。

因流量不可调节，其属于单向定量泵。

（4）应用特点

结构简单，工作可靠，对油液污染不敏感，自吸能力强，转速范围大，输油量不均匀，脉动大，噪声大，径向力不平衡，泄漏严重，容积效率低等，多用于小于2.5MPa的低压系统。

2.叶片泵

（1）类型

叶片泵分为单作用式叶片泵（转子转一周，每个密封容积完成一次吸油和压油）和双作用式叶片泵（转子转一周，每个密封容积完成两次吸油和压油）。

（2）工作原理

①单作用式叶片泵。

单作用式叶片泵的工作原理如图2-1-2所示，主要由转子、定子、叶片、泵体、端盖等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子间有偏心距e。叶片装在转子槽中，并可在槽内滑动，当转子回转时，由于离心力的作用，使叶片紧靠在定子内壁，在定子、转子、叶片和两侧配油盘及端盖间形成若干个密封容积。当转子按图示的方向回转时，图示的右部，叶片逐渐伸出，叶片间的密封容积逐渐增大，形成局部真空，完成吸油过程。图示的左部，叶片被定子内壁逐渐压进槽内，密封容积逐渐缩小，将油液从压油口压出，完成压油过程。在吸油区和压油区之间，有一段封油区将它们分开。转子不停地旋转，叶片泵就不断地吸油和压油。

②双作用式叶片泵。

双作用叶片泵的工作原理如图2-1-3所示，泵也是由定子、转子、叶片、端盖等组成的。转子和定子中心重合，定子内表面近似为椭圆柱形。当转子转动时，叶片在离心力的作用下，沿转子槽内作径向移动而压向定子内表面。由叶片、定子、转子、端盖等形成若干个密封容积。当转子按图示方向旋转，处于右下方和左上方的密封容积增大，从吸油窗吸入油液；处于左下方和右上方的密封容积变小，从压油窗排出油液。转子不停地旋转，泵就不断地吸油和压油。

（3）结构特点

叶片泵的转子每转一周，每个密封容积完成一次吸油和压油，因此称为单作用式叶片泵。单作用式叶片泵通过改变转子和定子中心的偏心距和偏心方向，就可改变输油量和输油方向，故称双向变量泵；由于转子单向承受压油腔油压的作用，造成径向力不平衡，故又称非卸荷式叶片泵。

该叶片泵的转子每转一周时，每个密封容积要完成两次吸油和压油，所以称为双作用叶片泵。双作用式叶片泵的定子为非圆曲线，转子与定子同心而量不可变，故称为定量泵；由于泵的两个吸油窗口和两个压油窗口对称分布，所以径向力平衡，故又称卸荷式叶片泵。因该泵的定子和转子的中心重合，不能改变泵的输油量大小和输油方向，故该泵属于单向定量泵。

（4）应用特点

运转平稳，输油量均匀，噪声小，容积效率中等，自吸能力较差，对油液污染敏感，结构较复杂，工艺要求高。多用于中压（6.3MPa）系统，主要用于机床控制，特别是双作用式叶片泵因流量脉动很小，因此在精密机床中得到了广泛使用。

3.柱塞泵

（1）类型

按柱塞排列方向不同，柱塞泵可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵两类。

（2）工作原理

①径向柱塞泵。

径向柱塞泵的柱塞轴线与转子的轴线垂直。如图2-1-4所示，泵主要由定子、转子、柱塞、配油轴等组成。由于转子与定子间有偏心距e，因此，当转子回转时，柱塞在柱塞孔内作往复移动。图中转子作顺时针转动，柱塞在上半周内逐渐向外伸出，柱塞底部的密封容积逐渐增大，从而通过配油轴上的吸油口吸油；柱塞在下半周内逐渐向内缩进，柱塞底部的密封容积逐渐变小，从而通过配油轴上的压油口压油。

需要指出的是，径向柱塞泵的径向尺寸大，柱塞顶部与定子内表面为点接触，易磨损，因而限制了它的使用，已逐渐被轴向柱塞泵替代。

②轴向柱塞泵。

轴向柱塞泵是将多个柱塞配置在一个共同缸体的柱塞孔内，并使柱塞轴线和缸体轴线平行的一种泵，如图2-1-5所示，轴向柱塞泵主要由缸体、配油盘、柱塞和斜盘组成。柱塞沿圆周均匀分布在缸体内。斜盘轴线与缸体轴线倾斜一角度，柱塞靠机械装置或在低压油作用下压紧在斜盘上（图中为弹簧），配油盘和斜盘固定不转。当原动机通过传动轴使缸体转动时，由于斜盘的作用，迫使柱塞在缸体内作往复运动，并通过配油盘的配油窗口进行吸油和压油。缸体按图中所示方向回转，转角在π～2π范围内，柱塞向外伸出，柱塞底部缸孔的密封容积增大，通过配油盘的吸油窗口吸油；转角在0～π范围内，柱塞被斜盘推入缸体，使缸孔容积减小，通过配油盘的压油窗口压油。

（3）结构特点

径向柱塞泵转子每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，通过改变转子和定子中心的偏心距和偏心方向，就可改变输油量和输油方向，故称双向变量泵。

轴向柱塞泵缸体每转一周，每个柱塞各完成吸、压油一次，通过改变斜盘倾角大小和方向，就能改变输油量和输油方向，故也称双向变量泵。

（4）应用特点

密封性能好，泄漏小，高压下容积效率高，结构复杂，价格高，自吸能力差，对油污极敏感，流量调节方便，多用于高压、大流量和流量需要调节的液压系统。如龙门刨床、拉床、液压机、工程机械、矿山冶金机械、船舶上。

四、液压泵的选择

液压泵的选择应考虑以下三个方面的因素。

（1）液压泵的输油量选择：根据液压系统中各回路实际所需的最大流量qVmax以及系统中泄漏情况（K漏）来确定。通常泵输油量qV泵=K漏·qVmax，泵的额定流量qV额略大于qV泵。

（2）液压泵工作压力的选择：根据液压系统中执行元件的最高压力pmax以及系统中压力损失情况（K压）来确定。通常泵工作压力p泵=K压·pmax，泵的额定压力比计算值p泵高出25%～60%。

（3）液压泵类型的选择：齿轮泵多用于2.5MPa以下的低压系统，叶片泵多用于6.3MPa以下的中压系统，柱塞泵多用于10MPa以上的高压系统。功率较小场合，一般选用定量液压泵，功率较大场合，选用变量液压泵，以减少能量损失。

例题解析

【例2-1-1】 以下各液压泵中，不能成为双向变量泵的是（ ）。

A.径向柱塞泵 B.轴向柱塞泵 C.双作用叶片泵 D.单作用叶片泵

【要点解析】 本题主要要求学生熟悉各类液压泵的结构和原理，掌握能否成为双向泵的条件是输油方向在转向不变的条件下是否能够改变；能成为变量泵的条件是密封容积的变化量能够调节，在此基础上进行判断。

【解】 C。

【例2-1-2】 齿轮泵采用浮动轴套自动补偿端面间隙来提高泵的压力和容积效率，是因为其存在（ ）。

A.流量脉动 B.困油现象 C.泄漏现象 D.径向不平衡力

【要点解析】 齿轮泵压油腔的压力能通过三条途径泄漏到吸油腔，一是齿轮啮合处的间隙，二是径向间隙，三是端面间隙，其中端面间隙的泄漏量最大，为提高齿轮泵的压力和容积效率，就必须对端面间隙进行自动补偿，减小端面间隙泄漏量。通常采用浮动轴套自动补偿端面间隙。

【解】 C。

【例2-1-3】 某液压系统的最大流量qVmax=3×10-4m3/s，最高工作压力pmax=18×105Pa，系统管路较短。试选择液压泵（CB—B20，CB—B40，YB—20，YB—40）。

【要点解析】 选择液压泵要确定液压泵的输油量、工作压力、结构类型等几项内容。通常泵输油量qV泵=K漏·qVmax，泵的额定流量qV额略大于qV泵。泵工作压力p泵=K压·pmax，泵的额定压力p额比计算值p泵高。齿轮泵多用于2.5MPa以下的低压系统，叶片泵多用于6.3MPa以下的中压系统，柱塞泵多用于10MPa以上的高压系统。

【解】 系统管路较短，可取K漏=1.1，K压=1.3。

（1）计算液压泵的输油量：

qV泵=K漏·qVmax=1.1×3×10-4=3.3×10-4m3/s

（2）计算液压泵的工作压力：

p泵=K压·pmax=1.3×18×105=23.4×105Pa

（3）选择液压泵的类型：

由于工作压力p泵=23.4×105Pa＜2.5MPa，故选齿轮泵，其额定压力p额=2.5MPa。

由于输油量qV泵=3.3×10-4m3/s=19.8L/min，故取泵的额定流量qV额=20L/min。

因此液压泵选择CB—B20。

巩固练习

一、单项选择题

1.对油液污染不敏感，自吸能力强，噪声大，轴向泄漏较大的液压泵是（ ）。

A.齿轮泵 B.叶片泵 C.柱塞泵 D.螺杆泵

2.单作用式叶片泵又可称为（ ）泵。

A.定量卸荷式 B.变量卸荷式 C.定量非卸荷式 D.变量非卸荷式

3.下列不属于柱塞泵的应用特点的是（ ）。

A.密封性能好，泄漏小，高压下容积效率高 B.流量调节方便

C.对油污较不敏感 D.结构复杂，价格高

4.某一功率较大的中压液压系统可选用（ ），在精密机床中得到广泛使用的是（ ）。

A.齿轮泵 B.单作用式叶片泵 C.双作用式叶片泵 D.轴向柱塞泵

5.矿山冶金机械设备上常用（ ）。

A.齿轮泵 B.非卸荷式叶片泵 C.卸荷式叶片泵 D.柱塞泵

6.YBP型单向限压式变量泵的工作压力小于限定压力时，泵的输出流量为（ ）。

A.最大 B.最小 C.零 D.不能确定

二、判断题

7.液压泵的输油量与密封容积的大小及单位时间变化次数成正比。（ ）

8.双作用叶片泵具有运转平稳、输油量均匀和噪声小的特点，常用于中压系统。（ ）

9.齿轮泵结构简单紧凑，工作可靠，转速范围大，对油液污染不敏感，主要用于小于2.5MPa的低压液压传动系统。（ ）

10.外啮合齿轮泵的吸油腔就是轮齿不断进入啮合的那个腔。（ ）

11.运转中密封容积不断变化的液压泵都是变量泵。（ ）

12.双作用式叶片泵转子每转一周，每个密封容积完成两次吸油和压油。（ ）

13.齿轮泵压油腔的压力能泄漏到吸油腔的间隙有齿轮啮合间隙、径向间隙和端面间隙，其中径向间隙的泄漏量最大。（ ）

14.液压泵的实际流量是指泵工作时的输出量。（ ）

三、填空题

15.外啮合齿轮泵工作压力不易提高，效率也较低的主要原因是________（轴向、径向）泄漏较大。

16.液压泵是液压系统的________元件，是将________转换成________的能量转换装置。

17.单作用式叶片泵通过改变转子和定子中心的________就可改变输油量大小，改变________就能改变输油方向，故又称________泵。

18.齿轮泵常采用增大________和减小________的措施，来减轻径向不平衡力的影响。

19.齿轮泵多用于________MPa以下的低压系统，叶片泵多用于________MPa以下的中压系统，柱塞泵多用于________MPa以上的高压系统。

20.液压泵的种类很多，按输油方向能否改变可分为________泵和________泵。按泵输出流量能否调节可分为________泵和________泵。按泵的结构不同可分为________泵、________泵和________泵。

21.液压泵正常工作必备的四个基本条件：具备密封容积；而密封容积能________变化；应当有________装置；在________过程中，油箱必须和大气相通。

22.能成为双向变量泵的液压泵有________、________和________。

23.双联叶片泵由两个定量叶片泵组合而成，在快速重载时，两泵同时供给低压油；在慢速重载时，________泵单独供油，________泵卸荷。系统采用双联泵可以降低________，减少________。

24.限压式变量叶片泵是利用其________的反馈作用实现变量。当泵的输出压力升高到预调值以上时，转子和定子的偏心距会自动________，泵的输出流量自动________，其与双联泵相比，可以简化系统，节省________。

25.柱塞泵按________不同，可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。轴向柱塞泵的最大优点是只要改变________就能改变其排量。

26.齿轮泵的图形符号是________，单作用叶片泵的图形符号是________。

四、简答题

27.如图2-1-6所示为叶片泵示意图，转子按顺时针方向旋转，试回答下列问题：

（1）按密封容积的增大和减小，________腔吸油，________腔压油。

（2）该泵为________叶片泵。

A.双作用 B.单作用 C.限压式变量

（3）该泵职能符号为图________。

（4）转子每转一转，该泵叶片完成吸、压油________次，其径向力________，因此该泵又称________泵。

五、计算题

28.某液压系统液压缸所需的最大流量qVmax=5×10-4m3/s，最大工作压力pmax=35×105Pa，取K压=1.5，K漏=1.3，η=0.85，求：

（1）泵的输出压力和流量；

（2）选择液压泵（CB—B25，CB—B50，YB—40，YB—63）；

（3）液压泵的输出功率、电动机输出功率、与液压泵匹配的电动机功率。

29.如图2-1-7所示为一液压系统，采用限压式变量叶片泵供油，调定后泵的特性曲线如图2-1-7（b）所示，泵的最大流量qVmax=60L/min，pB=3MPa，pC=5MPa，活塞面积A1=5×10-3m2，活塞杆面积A2=3×10-3m2，试确定：

（1）负载为2×104N时，缸左腔压力p（MPa）和活塞运动速度v1（m/s）；

（2）当负载为1×104N时，液压缸的输出功率P（kW）；

（3）活塞快退时的速度v2（m/s）。