K3V液压泵的结构组成及工作原理

1.液压泵的总体结构

如图3-2-6所示，以住友、神钢、现代、大宇挖掘机常用的K3V系列液压泵为例，详解该液压泵的结构组成。K3V液压泵是轴向柱塞式液压泵的代表。它由安装在同一根轴上的2台泵用Ⅰ档齿轮组合在一起，通过齿轮机构将回转力分配到各轴上，将原动机的回转力传到前侧驱动轴上，以驱动2台泵，还可以同时驱动安装在不同轴上的辅助泵。

由前后对称的两个转子柱塞泵以及分别对应的调节器和先导泵三大部分组成；每个泵都有调节最大和最小流量的斜盘及斜盘调节螺钉。

2.主泵部分

液压泵的主泵部分主要用来控制回转运动的回转组件；控制液压油排油量的斜板组件；切换液压油吸入和排出的阀体组件；以及传递齿轮泵驱动轴的组件。K3V主泵分解组件如图3-2-7所示。

图3-2-6 液压泵主要构成

图3-2-7 K3V主泵分解组件

（1）转动组件 转动组件包括传动轴2、缸体7、柱塞及蹄块3、设定盘4、球形轴套5、套环6及液压缸弹簧11。传动轴由其两端轴承1、9支承。蹄块嵌于柱塞，形成球面连接。它有一个凹槽，能够减轻由负载压力引起的止推力，以取得液压平衡，因此它能在靴盘10上轻微地移动。由一个柱塞和蹄块组成的分组件由于液压缸弹簧的作用经一个座圈和一个球形轴套紧压住靴盘。同理，缸体由于液压缸弹簧的作用紧压住阀盘8，如图3-2-8所示。

图3-2-8 液压泵转动组件

（2）旋转斜盘组件 旋转斜盘组件由旋转斜盘3、靴盘6、旋转斜盘支承2、斜置衬套4、斜置销5及伺服柱塞1组成。旋转斜盘是一个柱面部件，在蹄块滑移面的反侧形成柱面，它由旋转斜盘支承。当由调节器控制的液压力进入位于伺服柱塞两侧的液压腔时，如果伺服柱塞向左或向右移动，旋转斜盘经斜置销的球形部分从旋转斜盘支承上滑移，从而改变倾斜角α如图3-2-9所示。

图3-2-9 斜盘组件

图3-2-10 阀体组件

（3）阀体组件 阀体组件包括阀体3、阀盘1以及阀盘销2，如图3-2-10所示。有两个弧形油口的阀盘固定于阀体上，从缸体集油或供油给缸体。因阀盘改向的油通过阀杆连到外部管路。

如果留心观察单个柱塞，它在180°内将做脱离阀盘的运动（吸油过程），在另外的180°内将做朝向阀盘的运动（或排油过程）。当旋转斜盘倾斜角为0°时，柱塞没有行程，不进行排油。

3.液压泵的工作原理

（1）柱塞泵的吸油、输油原理 柱塞泵由柱塞、吸油阀和输油阀构成，向右拉柱塞，吸油阀（S）打开进行吸油，输油阀（D）受吸力和弹簧力作用被关闭，如图3-2-11所示。

柱塞输出油时被分成P1和P2经配流盘输出如图3-2-12所示。

如此，吸油过程持续到柱塞完全拉出如图3-2-13所示。

柱塞向左推进，吸油阀（S）关闭，输油阀（D）打开输出工作油如图3-2-14所示。

柱塞泵的排量

Q=P_s×柱塞截面积

式中 P_s——柱塞移动的行程。如图3-2-15所示。

（2）柱塞泵的变量工作原理 变量转子泵由柱塞缸体、柱塞、柱塞滑靴和斜盘组成。

①柱塞泵的吸油过程：柱塞缸体顺时针转动，吸油侧的柱塞从斜盘上斜点滑到下斜点，柱塞缸体内腔空间变大，进行吸油如图3-2-16所示。

图3-2-11 配流盘和柱塞缸体截面

图3-2-12 柱塞移动吸油过程示意图

图3-2-13 柱塞移动吸油完成示意图

图3-2-14 柱塞移动输油示意图

图3-2-15 柱塞移动行程示意图

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图3-2-16 斜盘和柱塞缸体截面

1—斜盘 2—柱塞滑靴 3—柱塞 4—柱塞缸体 α—斜盘倾斜角 D—输油侧 S—吸油侧

②柱塞泵输油过程：柱塞缸体继续转动，吸油的柱塞从斜盘下斜点重新滑到上斜点。柱塞缸体内腔空间变小，进行输油。

柱塞的行程P_S越大，柱塞输出的油量越多。一般一个柱塞缸体上有9个柱塞，因此柱塞缸体转动一圈，9个柱塞都会做一次吸油和输油动作，如图3-2-17所示。

转子泵的排量为Q=P_S（柱塞截面积×9）

柱塞的行程P_S随斜盘的倾角A变化而变化。变量泵的斜盘角度受流量调节器控制，具体大小由马达或液压缸的压强决定。

图3-2-17 柱塞的行程示意图

4.液压泵的工作过程

（1）液压泵供油路线图解。液压系统的油路很多，但是仔细分析可看出有三大油路：即主油路（又叫工作油路）、逆向控制油路（又叫负流量油路）和先导油路（又叫操作油路）。而主油路和逆向控制油路是由液压泵供油。先导泵只管供给先导油路的控制油。泵供油路线图如图3-2-18所示。

图3-2-18 泵供油路线图

1）主油路包括大臂液压缸、小臂液压缸和铲斗液压缸的执行油路、回转上部车体的回转油路、控制前进和后退的行走油路。

2）先导油路将在后面详解。

3）逆向控制油路（又叫负流量控制）如图3-2-19所示。

①在左、右主控制阀上各装着一个用来向油泵调节器控制泵流量发出信号压力的逆向控制阀。从油泵排出的油经过主控制阀的中心通路进入逆向控制阀，再回到油箱。

②所有滑阀都在中位时，信号压力PN由于节流孔的节流作用而升高，而PN高时，调节器将减少液压泵排量。

③欲使某执行元件工作而操纵主控制阀的滑阀时，大量的油流向执行元件（如液压缸），因此通过逆向控制阀的油量QN减少，信号压力PN也减少，调节器将增加油泵的排量。逆向控制阀上装有溢流阀，能够防止在所有滑阀都处在中心位置时因流量大而使信号压力PN过度上升。图3-2-19是K3V液压泵逆向控制（又叫负控制）原理。

图3-2-19 K3V型主液压泵逆向控制原理图

（2）主泵斜盘倾角的控制 主泵由前（P1）、后（P2）两个泵组成，双泵的主轴用联轴器连接。P1泵供应左行走马达、回转马达、小臂液压缸的工作油。P2泵供应右行走马达、大臂液压缸、铲斗液压缸的工作油。主泵的排量受斜盘倾角的影响，斜盘倾角的调整受调节装置的控制。如图3-2-20所示。

主泵的流量受驱动装置工作油压力大小的影响，压力高时流量下降，压力低时流量增大。但是，当P1和P2一起受到负载时，主泵的流量变化如下图所示。控制主泵流量变化的装置叫调节装置。

图3-2-20 流量控制

（3）调节装置改变斜盘倾斜角度 调节装置是改变斜盘倾斜角度控制主泵流量的装置，包括以下三种操作：

①当挖掘机不用执行操作时，由于不需要工作油循环，因此为节能将主泵流量调整至最小。

②执行操作后，为得到最快的速度，调整主泵流量至最大。

③执行操作时，遇到较大的负载后降低主泵流量，遇到较小的负载后增大主泵流量，

避免发动机过载。

调节流量的方式有负流量控制和正流量控制两种。两种方式的调节装置结构大体上类似，防止过载的装置结构也相同，但调整最大、最小流量的装置结构有些差异。

①负流量控制方式。将不经过液压装置，以主泵→主控阀→油箱为循环回路的方式。由于回油压力高时流量小，回油压力小时流量大，因此称为“负流量控制”。如图3-2-21所示。

②正流量控制方式。将先导控制手柄和踏板的压力作为控制信号的方式，先导控制阀的移动程度越大，主泵流量也越大，因此称为“正流量控制”。如图3-2-22所示。

图3-2-21 负流量控制方式

图3-2-22 正流量控制方式

负流量控制方式和正流量控制方式的比较见表3-2-2。

表3-2-2 负流量控制方式和正流量控制方式的比较