2.2.4 几种典型叶片泵
2.2.4.1 单作用变量叶片泵
前已述及,基于泵的转子中心和定子环中心之间偏心距e的大小和方向可以改变,故单作用叶片泵经常制成变量泵。而偏心距可以用平移或摆动的方式改变,从而调节泵的排量。单作用变量叶片泵有手动变量、压力补偿变量、双向液控变量以及恒流量等多种变量方式,其中压力补偿变量叶片泵应用较为普遍。压力补偿变量叶片泵有内反馈限压式和外反馈限压式两种常见的结构。
(1)内反馈限压式变量叶片泵
图2⁃24所示为内反馈限压式变量叶片泵结构。除定子环5、转子3和叶片4等零件外,泵内还增设有压力、流量和噪声的调整机构。在调压弹簧7压力调定的情况下,当泵的工作压力达到一定值后,流量会随压力的增加而减小,直至为零。因油压从泵腔内控制流量变化,故称内反馈式泵。如图2⁃25所示为其变量原理,由于压油窗口的对称线相对Oy轴偏斜一个角度α,油压对定子内表面的压力F会产生一个水平分力Fx作用在调压弹簧上,因Fx与油压成正比,当油压上升,使Fx超过弹簧的调定压力后,弹簧就被压缩,偏心距e就减小,使流量随之变小。如图2⁃26所示为这种泵的压力⁃流量特性曲线,通过流量调节螺钉可以改变AB线的高低(即改变最大流量),改变弹簧的压缩量可以改变限压压力pB及最大压力pmax值,改变弹簧的刚度可以改变BC的斜率。
图2⁃24 内反馈限压式变量叶片泵结构
1—流量调节螺钉;2—噪声调节螺钉;3—转子;4—叶片;5—定子环;6—压力调节螺钉;7—调压弹簧;8—壳体
图2⁃25 内反馈限压式变量叶片泵的变量原理
图2⁃26 内反馈限压式变量叶片泵的压力⁃流量特性曲线
YBN型变量叶片泵即属于此类泵(其额定压力为7MPa),其实物外形如图2⁃27所示。
图2⁃27 YBN型内反馈限压式变量叶片泵实物外形
(2)外反馈限压式变量叶片泵
如图2⁃28所示,外反馈限压式变量叶片泵的吸、压油腔对称分布在定子3和转子5中心线的两侧,因而,作用在定子环上的液压力不产生调节力。外来控制压力通过泵腔外的控制活塞7克服限压弹簧10的弹力及定子移动的摩擦力推动定子环,改变它对转子的偏心距,从而实现变量。压力调节螺钉11用于调节作用在定子上的弹簧力,即调节泵的限定压力。流量调节螺钉6用于调节定子环与转子间的最大偏心距e0,而e0决定了泵的最大流量qmax。所以这种泵是利用压油口压力油在柱塞缸上产生的作用力与限压弹簧弹力的平衡关系进行工作的。由于定子环的偏心量由设在泵腔外的控制活塞7改变,故称外反馈式泵。定子外的衬圈2控制转子与侧板的合理间隙,以保证有较高的容积效率和机械效率,又可以使定子移动的调节灵敏度增加;压油侧外面用滑块9定位,滑块上设有滚针轴承,可减小定子移动的摩擦力。国产YBX系列外反馈限压式变量叶片泵即为此结构,其实物外形如图2⁃29所示,
图2⁃28 外反馈限压式变量叶片泵结构
1—壳体;2—衬圈;3—定子;4—泵轴;5—转子;6—流量调节螺钉;7—控制活塞;8—滚针轴承;9—滑块;10—限压弹簧;11—压力调节螺钉
图2⁃29 YBX系列外反馈限压式变量叶片泵实物外形
其压力调节范围为2.0~6.3MPa,排量调节范围为0~40mL/r,额定转速为1450r/min。
为了同时满足不同回路的压力及流量需求,可将两个变量叶片泵合为一体,构成双联变量叶片泵(图2⁃30),并由一台原动机通过共同的传动轴驱动。采用双联变量叶片泵对于简化油路设计,提高可靠性,特别是使功率得到合理运用,以达到节能目的,具有重要意义。
图2⁃30 用单联变量叶片泵构成双联变量叶片泵(V系列)
2.2.4.2 双作用叶片泵
(1)YB1系列双作用定量叶片泵
该系列双作用定量叶片泵是在我国最早引进苏联HY02技术生产的YB型叶片泵基础上经改进设计而成的液压泵,其结构如图2⁃31所示。该系列泵由左壳体1、右壳体4、转子8、叶片9、定子7、左配油盘2、右配油盘3、泵盖5及传动轴6等构件组成。右配油盘上的O形密封圈可有效防止轴端泄漏,密封可靠。泵的左、右配油盘及定子、转子和叶片可先组装成一个部件(简称为泵芯)装入壳体。此组合部件由两个紧固螺钉提供初始预紧力,以便泵启动时能建立起压力。建立压力后,配油盘和定子组件靠右配油盘右侧的液压力压紧,压紧力随压力增大而增大,自动补偿轴向间隙,保证泵有较高的容积效率。YB1系列叶片泵可反转,任意两个不同排量的单泵可组成双联泵,单、双联泵共有119个不同规格,单泵最大排量为100mL/r,额定压力为7MPa。结构简单,压力脉动和噪声小,寿命长。图2⁃32所示为YB1系列叶片泵(单泵)的实物外形。YB⁃D系列叶片泵的结构基本与YB1系列泵相同,只是其定子进行了氮化处理,壳体壁厚加大,额定压力增加到10MPa,其实物外形如图2⁃33所示。
图2⁃31 YB1系列双作用定量叶片泵结构
1—左壳体;2—左配油盘;3—右配油盘;4—右壳体;5—泵盖;6—传动轴;7—定子;8—转子;9—叶片
图2⁃32 YB1系列双作用叶片泵实物外形
图2⁃33 YB⁃D系列双作用叶片泵实物外形
(2)子母叶片泵
如图2⁃34所示,子母叶片泵采用了子母叶片结构,母叶片(大叶片)4里装有一个子叶片(小叶片)5,叶片中部开有一个小腔2,它始终通有高压油。转子6上的孔使叶片顶部和底部的压力完全相同。这样,在吸油区时,叶片压向定子的力等于压力油作用在子叶片端面面积上的力。即使压力很高,这个力也不会很大。国产YB⁃E型
图2⁃34 子母叶片泵结构
1—传动轴;2—小腔;3—定子;4—母叶片;5—子叶片;6—转子
叶片泵即为此类结构(实物外形见图2⁃35),其额定压力为16MPa,排量达125mL/r,转速范围为800~1500r/min,具有流量均匀、压力脉动小、效率高、噪声低、性能稳定、寿命长等优点,只需将内卡中的定子、转子与叶片翻转180°即可进行反向运转。
图2⁃35 YB⁃E型子母叶片泵实物外形
(3)柱销式叶片泵
如图2⁃36所示为柱销式叶片泵的结构。在叶片底部装有一个小柱销4,压力油始终通在柱销底部,而叶片3的顶部与底部的油压通过转子1的孔道随时保持一致,从而使叶片作用在定子2上的力仅为压力油作用在小柱销上的力加上叶片与柱销的离心力。引进意大利阿托斯(Atos)公司技术生产的PFE系列柱销式叶片泵即属于此类泵(实物外形如图2⁃37所示),其定子、转子、叶片、柱销和配油盘可单独组成一个泵芯部件,整体装入前、后泵盖内;配油盘采用双侧浮动压力补偿轴向间隙式,以获取较高容积效率。此系列泵的工作压力可达21MPa,有的高达32MPa。
图2⁃36 柱销式叶片泵结构
1—转子;2—定子;3—叶片;4—柱销
图2⁃37 PFE系列柱销式叶片泵实物外形
(4)凸轮转子叶片泵
如图2⁃38所示为凸轮转子叶片泵结构。为了减小输出流量的脉动,双作用泵除凸轮上采用专门的过渡曲面外,由装于公共泵轴1上的相位相差90°的两个凸轮转子⁃定子副2和4组合而成,两个单元间用隔板3分开,但相通。这样的泵两组工作容积互相补偿,且没有困油现象,流量脉动和噪声都很小。
图2⁃38 凸轮转子叶片泵结构
1—公共泵轴;2,4—凸轮转子⁃定子副;3—隔板
这种泵结构相当简单,无需专用的配油机构,前、后盖只起端面密封作用,但也可与齿轮泵一样设置轴向间隙补偿部件。由于具备这些优点,近年来的发展较快,应用越来越多。其主要缺点是不能无级变量和工作压力略低(可达21MPa)。美国萨澳⁃桑斯川特(Suer⁃Sundstrand)公司的凸轮转子叶片泵即为此种结构。
(5)双联叶片泵
几乎所有形式的单叶片泵都可以组合成为双联泵结构,但组合形式又有所区别。常见的结构组合形式有通轴式和法兰式两种。
如图2⁃39所示为通轴式双联叶片泵结构。在一个泵壳4内的一根传动轴1的两端,分别装有两个转子2和3,形成排量不同的大小泵且两者共用一个吸油口,但压油口分开[图2⁃39(a)的吸、压油口均布置在泵壳的上方;而图2⁃39(b)的吸油口布置在泵壳的下方,压油口布置在泵壳的上方]。
图2⁃39 通轴式双联叶片泵结构
1—传动轴;2,3—转子;4—泵壳
如图2⁃40所示为一种通轴式双联叶片泵的实物外形。法兰式是将两台独立单泵通过连接法兰直接组合成双联泵,其实物外形如图2⁃41所示。
图2⁃40 PVV系列通轴式双联叶片泵实物外形
图2⁃41 T系列法兰式双联叶片泵实物外形
双联泵可借助控制阀组合成三种不同的流量,以满足液压系统执行元件快慢速对流量的不同需求,并节省能量。