柱塞泵是通过柱塞在柱塞孔内往复运动时密封工作容积的变化来实现吸油和排油的。由于柱塞与缸体内孔均为圆柱表面,滑动表面配合精度高,所以这类泵的特点是泄漏小,容积效率高,可以在高压下工作。
斜盘式轴向柱塞泵 Swash Plate Axial Piston Pumps
轴向柱塞泵可分为斜盘式(Swash Plate Type)和斜轴式(Bent-axial Type),泵由斜盘1、柱塞2、缸体3、配油盘4等主要零件组成,斜盘1和配油盘4是不动的,传动轴5带动缸体3,柱塞2一起转动,柱塞2靠机械装置或在低压油作用压紧在斜盘上。当传动轴按图示方向旋转时,柱塞2在其沿斜盘自下而上回转的半周内逐渐向缸体外伸出,使缸体孔内密封工作腔容积不断增加,产生局部真空,从而将油液经配油盘4上的配油窗口a吸入;柱塞在其自上而下回转的半周内又逐渐向里推入,使密封工作腔容积不断减小,将油液从配油盘窗口b向外排出,缸体每转一转,每个柱塞往复运动一次,完成一次吸油动作。改变斜盘的倾角g,就可以改变密封工作容积的有效变化量,实现泵的变量。
1 斜盘式轴向柱塞泵的排量和流量实际上,柱塞泵的排量是转角的函数,其输出流量是脉动的,就柱塞数而言,柱塞数为奇数时的脉动率比偶数柱塞小,且柱塞数越多,脉动越小,故柱塞泵的柱塞数一般都为奇数。从结构工艺性和脉动率综合考虑,常取Z=7或Z=9。
2 斜盘式轴向柱塞的结构特点 Construction Characteristics of Swash Plate Axial Piston Pumps
(1)端面间隙的自动补偿 Automatic Compensating of End Face Clearance
,使缸体紧压配流盘端面的作用力,除机械装置或弹簧作为预密封的推力外,还有柱塞孔底部台阶面上所受的液压力,此液压力比弹簧力大得多,而且随泵的工作压力增大而增大。由于缸体始终受液压力紧贴着配流盘,就使端面间隙得到了自动补偿。
(2)滑靴的静压支撑结构 Piston Shoe and Hydrostatic Backup Construction在斜盘式轴向柱塞泵中,若各柱塞以球形头部直接接触斜盘而滑动,这种泵称为点接触式轴向柱塞泵。点接触式轴向柱塞泵在工作时,由于柱塞球头与斜盘平面理论上为点接触,因而接触应力大,极易磨损。一般轴向柱塞泵都在柱塞头部装一滑靴,滑靴是按静压轴承原理设计的,缸体中的压力油经过柱塞球头中间小孔流入滑靴油室,使滑靴和斜盘间形成液体润滑,改善了柱塞头部和斜盘的接触情况。有利于提高轴向柱塞泵的压力和其它参数,使其在高压、高速下工作
(3)变量机构 Variable Displacement Mechanism在斜盘式轴向柱塞泵中,通过改变斜盘倾角 的大小就可调节泵的排量,变量机构的结构型式是多种多样的,这里以手动伺服变量机构为例说明变量机构的工作原理。A手动伺服变量机构(Manual Servo Variable Displacement Mechanism)简图,该机构由缸筒1,活塞2和伺服阀组成。活塞2的内腔构成了伺服阀的阀体,并有 、 和 三个孔道分别沟通缸筒1下腔 、上腔 和油箱。泵上的斜盘4通过拨叉机构与活塞2下端铰接,利用活塞2的上下移动来改变斜盘倾角 。当用手柄使伺服阀芯3向下移动时,上面的阀口打开, 腔中的压力油经孔道 通向 腔,活塞因上腔有效面积大于下腔的有效面积而移动,活塞2移动时又使伺服阀上的阀口关闭,最终使活塞2自身停止运动。同理,当手柄使伺服阀芯3向上移动时,下面的阀口大开, 和 接通油箱,活塞2在 腔压力油的作用下向上移动,并在该阀口关闭时自行停止运动。变量控制机构就是这样依照伺服阀的动作来实现其控制的。
参数定义:
1.流量:(flowrate, capacity, discharge)单位时间内泵排出液体的体积叫流量,流量用Q表示,计量单位:立方米/小时(m3/h),升/秒(l/s), L/s=3.6 m3/h=0.06 m3/min=60L/min,立方米(Cubic meter),升(lite).
2.扬程:(Lifting)水泵的扬程是指水泵能够扬水的高度,通常用H表示,单位是m。离心泵的扬程以叶轮中心线为基准,分由两部分组成。从水泵叶轮中心线至水源水面的垂直高度,即水泵能把水吸上来的高度,叫做吸水扬程,简称吸程;从水泵叶轮中心线至出水池水面的垂直高度,即水泵能把水压上去的高度,叫做压水扬程,简称压程。
即 水泵扬程= 吸水扬程+压水扬程,应当指出,铭牌上标示的扬程是指水泵本身所能产生的扬程,它不含管道水流受摩擦阻力而引起的损失扬程。在选用水泵时,注意不可忽略。否则,将会抽不上水来.
3.转速:(pump speed)转速是指水泵轴或叶轮每分钟旋转的次数。通常用符号n表示,单位为转每分(r/min)。水泵的转速与其它的性能参数有着密切的关系,一定的转速,产生一定的流量、扬程,并对应一定的轴功率,当转速改变时,将引起其它性能参数发生相应的变化。
水泵是按一定转速设计的,因此配套的动力机除功率应满足水泵运行的工况要求外,在转速上也应与水泵转速相一致。
目前,我国常用的水泵转速为:中、小型离心泵一般在730~2950r/min的范围;中、小型轴流泵一般在250~1450r/min的范围,大型的轴流泵的转速则更低,在100~250 r/min的范围。
4.电机功率:(matched power of motive power machine)动力机配套功率为与水泵配套的原动机的输出功率,考虑到水泵运行时可能出现超负荷情况,所以动力机的配套功率通常选择得比水泵轴功率大。
5.轴功率:(shaft power,input power)轴功率是指动力机经过传动设备后传递给水泵主轴上的功率,亦即水泵的输入功率。通常水泵铭牌上所列的功率均指的是水泵轴功率。
6.效率:(efficiency)水泵传递能量的有效程度称为效率。水泵的输入功率(即轴功率P),由于机械损失、水力损失和容积损失,不可能全部传递给液体,液体经过水泵只能获得有效功率Pe.效率是用来反映泵内损失功率的大小及衡量轴功率P的有效利用程度的参数,即有效功率Pe与轴功率P之比的百分数.
7.必须气蚀余量:(net positive suction head required)必须气蚀余量和允许吸上真空高度(permitted suction vacuum lift)是表征水泵在标准状态下的汽蚀性能(吸入性能)的参数,水泵工作时,常因装置设计或运行不当,会出现水泵进口处压力过低,导致汽蚀发生,造成水泵性能下降甚至流动间断、振动加剧的现象。泵内出现汽蚀现象后,水泵便不能正常工作,汽蚀严重时甚至不能工作。为了避免水泵汽蚀的发生,就必须通过泵的汽蚀性能参数来正确确定泵的几何安装高度和设计水泵装置系统。