柱塞泥浆泵的工作原理及性能参数。液压泵的效率是输出的液压功率与输入的机械功率的比值,即η=No/Ni,输出的液压功率总是小于理论输出功率,输入的机械功率总是大于理论的机械功率,所以效率总是小于1的。将上面的式子带入η=No/Ni,η=(P*Q*机械效率)/(T*ω/容积效率),因为在理想状态下P*Q=T*ω(无损失)。所以η=机械效率*容积效率。
1、液压泵的基本原理
液压泵靠工作腔的容积变化来实现吸油和压油的。由视频我们可以发现,单柱塞式液压泵就像医生用的注射器一样,再以两个单向活门配合就可以了。柱塞2依靠弹簧压紧在偏心轮上。偏心轮由发动机带动旋转,柱塞2便做往复运动,,使密封工作腔4的容积发生变化。当容积变大时,大气压力迫使油箱中油液顶开单向阀5进入腔4,这就是吸油过程,当腔4容积变小时,油液受到挤压,顶开单向阀6,进入系统,这就是压油过程。为什么在吸油的过程中,单项阀6不会被打开呢?因为吸油时油液的压力远没有达到单向阀6弹簧的压力,所以无法将6顶开。
2、液压泵的性能参数
需要牢记的参数:排量,理论流量,额定流量
需要牢记的另外两个东西是:1.压力只由负载决定。2额定工作压力由密封件和制造材料决定。特别是个结论,在以后分析液压泵的压力-流量特性曲线时非常有用。
3、功率和效率
液压泵的输入功率Ni(发动机或电动机传动齿轮箱输入的机械功率)=实际转矩Ti乘以角速度ω,即Ni=Ti*ω。由于泵在工作时存在机械摩擦和油液在系统里表现出来的粘性作用会引起转矩的损失,所以实际输入转矩Ti总是大于理论转矩Tt,机械效率=Tt/Ti.
泵的输出功率No=实际流量Q乘以工作压力P,即No=P*Q。由于泵的内漏和吸油行程中油液不能完全填充油腔,会引起填充损失,即实际输出流量Q总是小于理论流量Qt。容积效率=Q/Qt。
柱塞泵的原理
我们先来看一个柱塞泵的视频
视频中可以轻松地学习到斜盘式液压泵的抽油压油原理。因为斜盘倾角存在,柱塞旋转一圈缸体的容积会发生变化,在一个半圈内是吸油,一个半圈内是压油。
泵内的补偿活门,用于感受泵的出口压力。当输出压力达到预定值(由弹簧预紧力决定)时,油液压缩弹簧并将出口压力油供向斜盘作动筒,使斜盘倾角变小,从而使排量减小(这里稍微解释一下,前面书上提到了排量等于泵每转一周排除液体的体积,现在斜盘倾角变小,转一圈产生的容积差就变小了,所以排量就小了)。当斜盘倾角为零时,输出流量就为零,泵处于功率消耗小的卸荷状态(功率=压力乘转速),这就是变量泵的自动卸荷功能。
泵内还有一个人工释压活门,用于油泵人工关断。当人工释压活门接通之后,活门上方的滑块下移,压力油液连通补偿活门补偿活门左侧的大活塞面,用较小的力克服补偿活门的弹簧力,将油液引到斜盘作动筒,推动斜盘使倾角变小直到接近零。泵出口的挡块活门会在弹簧力作用下使泵口关闭,停止向系统供油,由图中可得,压力油也会进入挡块下方,协助挡块关闭出油口。
柱塞泵压力-流量特性曲线
在完全解释这个图之前,我们要记住1.压力由负载决定。2.流量由转速和排量决定。
明白了这两点,我们就可以知道,图中的压力和流量并没有直接的关联,压力大于P1之后流量骤然减小是因为,P1即额定压力,达到额定压力之后压力油液会推动补偿活门到达斜盘作动筒时斜盘倾角变小,从而影响流量。在P1之前,我们假设此时发动机以达到了一定的转速,且此时的斜盘倾角不变,由于外界负载的加大,使P不断变大,达到P1之后,就如之前解释的,压力油液会推动补偿活门到达斜盘作动筒时斜盘倾角变小,流量减小(流量=排量乘转速,排量等于泵每转一周排除液体的体积,现在斜盘倾角变小,转一圈产生的容积差就变小了,所以排量就小了)。达到P2时,斜盘倾角为0,流量为0,功率为0(功率=压力乘以流量),泵处于功率消耗小的卸荷状态。
液压泵的压力控制
液压泵由飞机发动机驱动,因此只要发动机工作,液压泵就不停的运作,然而很多系统都是间歇性工作的,所以必须要对液压泵输出的高压力加以限制并希望液压泵在系统不工作的时候消耗功率尽量少,这就是液压泵的限压和卸荷问题。
先来看定量泵的限压(图2.3-7)。先,我们要记住功率=压力乘以流量。
定量泵一般采用溢流阀来限制系统压力,当系统压力升高到高于某个调定压力时,溢流阀打开,将多余的油排回油箱,限制压力升高,调定压力通常高于正常压力10-20%。这里需要明确一下,限压仅仅是限压,它的作用是让系统压力不要太高,它的作用是将压力保持在100%,如果高于110%才会主动限压,这样的话,它的功率始终维持在一个很高的水平,功率都转化为热量,导致油温升高。
再来看定量泵的卸荷(图2.3-8)。还是以功率=压力乘以流量为前提。卸荷就是系统不工作的时候,使液压的输出功率处于小的状态。在回路中利用卸荷阀感受系统压力,当系统不工作时,压力上升,卸荷阀打开,卸掉泵出口的压力,此事单向活门把系统和油泵隔开,油泵压力下降到近似零(这里解释一下,限压和卸荷的区别,因为从两张图上来看,它们的位置是相同的,都是将油引入油箱,不过卸荷阀更为彻底,直接将压力卸到近似零,而限压阀的作用是限制压力过大,并没有卸压的功能,两者有本质区别。在卸荷回路中有一个单向活门,单向活门可以保持住一定的压力,再加上蓄压器,压力的衰减就会变慢),由公式可知,此时输出功率也是小。为保证卸荷阀失效安全性,定量泵卸荷回路中设置了安全阀(此安全阀同限压回路中的溢流阀一样)。