单作用叶片泵的工作原理与应用

（1）单作用叶片泵的工作原理

单作用叶片泵工作原理如图3.7 所示。单作用叶片泵由定子、叶片、转子、配流盘及端盖等组成。定子具有圆柱形内表面，定子和转子间有偏心距，叶片装在转子叶片槽中，并可在槽内滑动。当转子回转时，叶片在离心力的作用下紧靠在定子内壁。这样，在定子、转子、叶片及两侧配流盘间就形成若干个密封容积。当转子按图示的方向回转时，右半部分的叶片逐渐伸出，叶片之间的工作容积逐渐增大，从吸油口吸油；图的左半部分叶片被定子内壁逐渐压入叶片槽内，工作容积逐渐缩小，油液从压油口压出。转子不停地旋转，泵就不断地吸油和排油。

图3.7　单作用叶片泵的工作原理

图3.8　单作用叶片泵排

在吸油腔和压油腔之间，有一段封油区，把吸油腔和压油腔隔开。显然，这种叶片泵转子每转一周，每个工作容积完成一次吸油和一次压油，故称单作用叶片泵。

（2）单作用叶片泵的排量和流量计算

单作用叶片泵的排量为各工作容积在转子旋转一周时所排出的液体体积的总和。如图3.8 所示，设R 为定子的内半径，e 为转子与定子之间的偏心距，B 为定子的宽度，z 为叶片的个数，则两个叶片形成的一个工作容积变化量ΔV 近似地等于扇形体积V1 和V2 之差，即

因此，单作用叶片泵的排量为

当泵的转速为n，泵的容积效率为ηV 时，泵的理论流量qt 和实际流量q 分别为

在式（3.12）—式（3.14）的计算中，并未考虑叶片的厚度以及叶片的倾角对单作用叶片泵排量和流量的影响。实际上叶片在槽中伸出和缩进时，叶片槽底部也有吸油和压油过程，一般在单作用叶片泵中，处于压油腔和吸油腔的叶片，其底部是分别与压油腔和吸油腔相通的，因而叶片槽底部的吸油和压油恰好补偿了叶片厚度及倾角所占据体积而引起的排量和流量的减小，这就是在计算中不考虑叶片厚度和倾角影响的缘故。

单作用叶片泵的瞬时流量也是有脉动的，理论分析表明，泵内叶片数越多，流量脉动率越小。此外，叶片数为奇数时的脉动率比偶数时的脉动率小，故单作用叶片泵的叶片数均为奇数，常取z=9~21。

（3）单作用叶片泵的结构特点及其应用

①转子每转一周，吸油和排油各一次。

②改变定子和转子之间的偏心距e，即可改变泵的排量，可用作变量泵。

③由于转子受到不平衡的径向液压作用力（吸油侧为低压，压油侧为高压），轴承负载大，因此，这种泵一般不宜用于高压系统。

④处在压油区的叶片顶部受到压力油的作用，该作用要把叶片推入转子槽内。为了使叶片顶部可靠地和定子内表面相接触，压油腔一侧的叶片底部要通过特殊的沟槽和压油腔相通；吸油区一侧的叶片底部要和吸油腔相通，使叶片仅靠离心力的作用顶在定子内表面上。

⑤为了更有利于叶片在惯性力作用下向外伸出，可使叶片有一个与旋转方向相反的倾斜角，称为后倾角，一般为0~24°。

叶片泵的结构较复杂，但其工作压力较高，并且流量脉动小，工作平稳，噪声较小，寿命较长。单作用叶片泵工作压力最大为7.0 MPa，双作用叶片泵均为定量泵，一般最大工作压力也为7 MPa。结构经改进的高压叶片泵最大的工作压力可达16~21 MPa，但其结构复杂，吸油特性不太好，对油液的污染也较敏感。因此，它被广泛应用于机械制造中的专用机床、自动线等中低压系统中。

（4）限压式变量叶片泵的工作原理

限压式变量叶片泵借助输出压力的大小自动改变偏心距e 的大小，从而改变泵的输出流量。当压力低于某一可调节的限定压力时，泵的输出流量最大；压力高于限定压力时，随着压力增加，泵的输出流量线性地减少。

限压式变量叶片泵工作原理如图3.9 所示。它由转子1、定子2、活塞4、流量调节螺钉5、调压弹簧9 及调压螺钉10 等组成。泵的出口经反馈通道7 与活塞腔6 相通。泵未运转时，定子2 在弹簧9（刚度ks、预压缩量为x0）的作用下，紧靠活塞4，而活塞4 紧靠在流量调节螺钉5上。这时，定子和转子有一最大偏心量emax，此时，泵输出流量最大。调节螺钉5 的位置，便可改变emax。(www.xing528.com)

图3.9　限压式变量叶片泵的工作原理

1—转子；2—定子；3—吸油窗口；4—活塞；5—流量调节螺钉；6—活塞腔；7—通道；8—压油窗口；9—调压弹簧；10—调压螺钉

当泵的出口压力p 较低时，则作用在活塞4（有效作用面积为A）上的液压力F（=pA）也较小，若此液压力小于左端弹簧9 的弹力（Ft=ksx0），即F<Ft。此时，定子在弹簧力的作用下处于最右端，偏心量为最大emax，输出流量也最大qmax。

当外负载增大，液压泵的出口压力p 上升，作用在活塞4 上的液压力F 也随之增大。当增大至与弹簧力相等时，达到一个临界平衡状态，则有

式中，pB 称为拐点压力，即泵处于最大流量时所能达到的最高压力，调节调压螺钉10，可改变弹簧的预压缩量x0，即可改变的pB 大小。

当压力进一步升高，即p>pB。此时，pA >ksx0，若不考虑定子移动时的摩擦力，液压作用力就要克服弹簧力推动定子向左移动，此时偏心量减小，泵的输出流量也相应减小。设定子的最大偏心量为emax，偏心量减小时，弹簧被进一步压缩，压缩量为x，则定子移动后的偏心量e 为

这时，定子上的受力平衡方程为

将式（3.16）、式（3.18）代入式（3.17），可得

式（3.19）表示泵的工作压力与偏心量的关系。由式可知，泵的工作压力越高，偏心量就越小，泵的输出流量也越小，并且当时，泵的输出流量为零。

控制定子移动的作用力是将液压泵出口的压力油引到柱塞上，通过柱塞把作用力传递给定子，这种控制方式称为外反馈式。

（5）限压式变量叶片泵的特性曲线

限压式变量叶片泵的压力流量特性曲线如图3.10所示。当压力p 小于预先调定的拐点压力pB 时，泵的输出流量为最大qmax，并且保持不变，但由于工作压力增大时，泵的泄漏流量ql也增加，故泵的实际输出流量q 也略有减少，如图3.10 所示的AB 段。当泵的供油工作压力p超过预先调整的拐点压力心时，泵的输出流量减小，且压力越高，输出流量越小。其变化规律如图3.11 所示的BC 段。当泵的工作压力达到pmax（称为截止压力pe）时，泵输出的流量为零，故将其称为限压式变量泵。

图3.10　限压式变量叶片泵的特性曲线

图3.11　双作用叶片泵的工作原理

1—定子；2—转子；3—叶片

调节最大流量调节螺钉5（见图3.9），可改变反馈柱塞的初始位置，即改变初始偏心距emax的大小，从而改变泵的最大输出流量，即曲线上下平移。

调节调压螺钉10（见图3.9），可改变弹簧的预压缩量大小，从而改变拐点压力pB 大小，使曲线拐点B 左右平移。

改变弹簧的刚度ks，可改变曲线BC 段的斜率。弹簧刚度增大，BC 段的斜率变小，曲线趋于平缓。