坑道钻机液压泵工作原理和分类

    在液压系统中，液压泵和液压马达都是能量转换装置。液压泵将原动机输入的机械能转化成流动油液的液压能，它属于液压能源元件，又称动力元件；反之，液压马达则是将输入的液压能，再转换成旋转形式的机械能，它是用来拖动外负载做工的，属于执行元件。

    液压系统中所使用的液压泵和液压马达都是靠密封工作空间的容积变化来进行工作的，所以称为容积式液压泵和液压马达。

    容积式泵的工作原理如2所示。图中柱塞2和缸筒3围成一个密封的工作空间5(即工作 腔)，柱塞依靠弹簧4压紧在凸轮(或偏心轮)1上，凸轮旋转时推动柱塞在缸筒内作往复运动，8使工作腔的容积发生周期性变化。当柱塞下行时，工作腔容积由小变大形成局部真空，油箱8内的油液便在大气压力作用下顶开单向阀6，进人工作腔内，这就是吸油过程(此过程中，单向阀7在系统压力作用下保持关闭)；当柱塞上行时，工作腔容积由大变小，其中的油液受压而使油压升高，迫使单向阀6关闭，并顶开单向阀7向系统供给压力油，此即排油过程。

    综上所述，可知容积式液压泵的特点如下：

    (1)必须具有一个或多个密封的容积空间(工作腔)，在工作过程中工作腔的容积必须不断由小变大，再由大变小，以进行吸油和排油。这类泵的输油量是由密封工作腔的数目、容积变化大小和每分钟变化次数决定的，所以称为容积泵。

    (2)在吸油过程中，油箱必须与大气接通，或使用压力油箱以使油面上经常保持一定的压力，这是吸油的必要条件；在排油过程中，油压决定于油液从单向阀7排出时所遇到的阻力，即泵的压力决定于外界负载，这是形成油压的条件。没有负载就形成不了油压。

    (3)单向阀6、7可以保证吸油时油腔与油箱接通，同时切断排油管道；排油时使油腔与压油管道相通而油箱切断。阀6、7即所谓配油装置。配油装置尽管形式很多，但它对各种泵都是必不可少的。

    液压马达的工作原理恰好与液压泵相反，如图2-2所示，若向油腔5输入压力油，则将推动柱塞向下运动，从而迫使偏心轮转过一个角度；若设法使偏心轮连续转动，便可不断地输出转速和转矩。由此可知，从原理上来说，液压泵和液压马达具有可逆性，即任何一种容积式液压泵都可作液压马达使用，反之亦然。但是，由于对实际结构的某些要求不同，并不是所有的容积式泵都可以作马达使用。

    液压泵和液压马达的形式很多，按其每输出(输入)油液容积之能否调节而分为定量泵(马达)和变量泵(马达)两类。按其结构形式不同又可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三大 类。每类中又有不同形式，如：齿轮泵有外啮合式和内啮合式之分；叶片泵有单作用式和双作用式之分；柱塞泵有径向式和轴向式等等。此外，在机床行业中，还常使用螺杆泵。

    齿轮式液压泵和液压马达一般为定量泵和定量马达；叶片式、柱塞式液压泵和马达有定量式，也有变量式。根据机械特性的不同，液压马达还可分为高速、小扭矩和低速、大扭矩两大类型。液压泵的职能符号如图2．3所示

    液压马达的职能符号如图2-4所示。

     液压泵(或液压马达)在使用中常用的基本性能参数有：工作压力P(量纲为Pa或bar)，流量Q(IMmin)，排量g(mL／r)，功率Ⅳ(kw)，转矩T(N·m)，转速n(r／min)以及效率n等。对于液压泵，其输入能量的形式是转矩与转速的乘积(即n·F)，输出能量的形式有油压力与流量的乘积(即P·Q)；对于液压马达，则正好相反。

    (1)工作压力。液压泵的工作压力是指它的输出压力，即油液为了克服阻力(包括管道阻力、运动件的摩擦阻力和外加负载等)所必须建立起来的压力。阻力增加，则压力升高，反之压力降低。这就是说液压泵的工作压力决定于外加负载的大小。在液压泵的说明书中，一般对压力有两种规定，即额定压力和最高压力。

    1)额定压力是指在保证泵的容积效率、使用寿命和额定转速的前提下，泵连续运转时所允许使用的最大的压力，超过此值就是过载。

    2)最高压力是指泵在短时间内超载所允许的极限压力，主要由密封性能和零件强度决定。额定压力和最高压力都不是泵实际工作时的压力，注意切勿混淆。由于液压系统的用途不同，其所需油各不一样，常将压力分为五个等级，即低压(小2．5MPa，即小于25bar)、中压(2.5～8MPa，即25～80bar)、中高压(8～16MPa，即80～160bin")、高压(16～32MPa，即l60～320bar)和超高压(大于32MPa，即大于320bar)。

    (2)排量和流量。液压泵的排量Q。。(即理论排量)是指没有泄漏的情况下，泵轴每转一整转所排出的油液的容积。排量的大小取决于泵的密封工作腔的几何尺寸，它与转速无关。液压泵的流量有理论流量Q。与实际流量Q。之分。液压泵的实际流量Q。总是小于理论流量Q。因为泵的各密封间隙不可避免地会泄漏，而油液的黏度越低，压力越高，使其泄漏量越大。所以，泵的实际流量是随泵的输出压力的变化而变化的，而泵的理论流量Q。。与泵的输出压力无关。液压马达的排量gM。(即理论排量)是指在没有泄漏的情况下，马达轴旋转一周输入油液的容积。与液压泵相同，它只决定于马达中的密封工作腔的几何尺寸，而与转速无关。

    (3)效率。液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两部分。

    1)容积损失是指液压泵流量上的损失。如前所述，液压泵不可避免地产生不同程度的泄漏，必然造成容积损失。液压泵的容积效率是反映其容积损失的重要性能指标，它等泵的实际输出流量和理论流量的比值。

    2)液压泵的机械损失是指泵内相对运动件问的摩擦所造成的损失。液压泵的机械损失程度由泵的机械效率来衡量，它等于泵的理论输人转矩与实际输入转矩之比。液压泵除上述功率损失外，还有压力损失，即液压阻力损失。压力损失相对来说较小，常和摩擦损失一起考虑，合称为机械损失。液压泵的总效率为其输出功率与输入功率的比值，亦等于它的容积效率与机械效率的乘积。

    (4)转速。额定转速：在额定压力下，允许液压泵能够连续正常运转的最高转速，称为泵的额定转速。泵在额定转速下的容积效率最高。最高转速：在额定压力下，超过额定转速允许暂短运行的转速，称为泵的最高转速。当泵的转速超过其最高转速时，将产生“空穴”现象，这是不允许的。最低转速：允许泵正常运转的最低转速称为泵的最低转速。如果泵的转速过低，将因其理论流量下降而使容积效率显著下降，这是不合理的。使用液压马达时，应规定其最高转速和最低稳定转速，即给出马达的转速范围。转速太高将导致配合面问磨损加剧和轴承寿命缩短，同时使机械效率显著下降成低速的。但转速也不能太低，否则因为输入流量较小泄漏相对增大；同时转速太低时，滑动面问难以形成油膜会引起摩擦阻力增大。这些都将直接影响液压马达的低速稳定性能。

    (5)转矩与效率。转矩是指液压泵轴的实际输人转矩，功率是指液压泵的输入功率(即驱动功率)。液压马达的输出转矩是指马达轴上的实际输出的转矩。液压马达的输出功率等于液压马达的工作压力和输人流量的乘积。

液压马达的容积效率等于理论流量与实际流量的比值；；启动转矩是指在额定压力下，马达转速为零时输出轴上；液压马达的容积效率直接影响马达的制动性能，如果容；(6)自吸能力；泵的自吸能力的实质，是因泵的吸油腔形成局部真空，；当安装高度确定以后，随着液压泵转速的提高和流量的；液压系统对液压泵的要求：结构简单，体积小，重量轻；此外，油的黏度对吸油阻力也有一定的影响；

    液压马达的容积效率等于理论流量与实际流量的比值；液压马达的机械效率等于理论转矩与实际转矩的比值。液压马达的机械效率直接影响马达的启动性能。如果启动时机械效率高，就能获得较大的启动转矩。启动转矩是指在额定压力下，马达转速为零时输出轴上所产生的转矩，即在额定压力下启动时的实际输出转矩。这时的效率就称为启动机械效率，也即启动机械效率是指马达从静止状态启动时，马达实际输出的转矩与它在同一工作压力差时理论转矩之比。液压马达的容积效率直接影响马达的制动性能，如果容积效率低(即泄漏大)，则制明。匪H岜就_差。

    (6)自吸能力。泵的自吸能力是指泵在额定转速下，从低于泵下端的开式油箱中自吸的能力。吸油能力的大小，常以吸油高度(或者用真空度)表示。泵的自吸能力的实质，是因泵的吸油腔形成局部真空，油箱中的液压油在大气压力的作旦I鎏全吸油腔，所以液压泵的吸油腔内真空度越大，则吸油高度越高。但真空度的数值羹气蚀条件的限制。不论吸油高度、吸油口的流速或吸油管的水力损失中哪一项增加，都将影啤液压泵的人口压力下降。当下降到低于当时温度下油液的空气分离压时，就会产生空穴和气蚀现象，从而使振动和噪声显著增加，流量和效率显著降低，甚至可能使液压泵的零件损坏。因此，液压泵的吸油高度不能过高，一般泵所允许的吸油高度不超过500mm。当安装高度确定以后，随着液压泵转速的提高和流量的增大，吸油高度将同时增大，同样有产生气蚀的危险。因此在选择液压泵时，必须使其转速在规定的许可范围之内，同时应把吸油管选得大一些，以限制吸油管流速。并且尽量不要在吸油管道上安装不必要的附件，以减少吸油管道的水力损失。

    液压系统对液压泵的要求：结构简单，体积小，重量轻，维护方便，价格低廉，使用寿命长；摩擦损失小，泄漏量小，发热小，效率高；对油液污染不敏感；自吸能力强；输出流量脉动小，运转平稳，噪声小。对于液压马达来说，没有自吸能力的要求，又因为液压马达输出的是转矩，故应改为“输出转矩脉动小”。此外，它应该具有“启动转矩要大”和“稳定转速低”的性能，其他要求都与液压泵相同。

    此外，油的黏度对吸油阻力也有一定的影响。黏度太大时，将影响泵的自吸能力。对自吸能力较差的液压泵，一般应采取如下措施：

   (1)将液压泵安装在油箱液面以下工作；

   (2)采用封闭式油箱，以增加油箱液面的压力(一般预压力为50～250kPa．即0.5～2.5bar)；

   (3)采用补油泵供油，一般补油压力为300～500kPa(即3～5ba)。不同类型的油泵其自吸能力是不同的，所以自吸能力也是衡量液压泵的性能指标之一。