3.1.1 液压泵的工作原理及特点

1）液压泵的工作原理

液压泵的工作原理是：运动带来泵腔容积的变化，并压缩液体使其具有压力能。液压泵必备的条件是泵腔有密封容积变化，故称容积式液压泵。如图 3.1 所示为一单柱塞液压泵的工作原理图。柱塞 5 装在缸体 4 中形成一个密封容积，柱塞 5 在弹簧 3 的作用下，始终压紧在偏心轮 6 上。原动机驱动偏心轮 6 旋转，使柱塞 5 作往复运动，使密封容积的大小发生周期性的交替变化。当密封容积由小变大时，形成部分真空，使油箱中油液在大气压的作用下，经吸油管顶开单向阀 1 进入油箱而实现吸油；反之，当密封容积由大变小时，容腔中吸满的油液将顶开单向阀 2 流入系统而实现压油。这样，液压泵就将原动机输入的机械能转换成液体的压力能，原动机驱动偏心轮不断旋转，液压泵就能不断地吸油和压油。

2）液压泵的特点

单柱塞液压泵具有容积式液压泵的基本特点，具体如下：

①具有若干个密封且又可周期性变化的空间。液压泵输出流量与此空间的容积变化量和单位时间内的变化次数成正比，与其他因素无关。这是容积式液压泵的一个重要特性。

②油箱内液体的绝对压力必须恒等于或大于大气压力，这是容积式液压泵能吸入油液的外部条件。因此，为保证液压泵正常吸油，油箱必须与大气相通，或采用密闭的充压油箱。

③油腔处于吸油时，称为吸油腔；油腔处于压油时，称为排油腔。容积式液压泵具有相应的配流机构（也称配流器），将吸油腔和排油腔隔开，保证液压泵有规律地、连续地吸排液体。液压泵的结构原理不同，其配油机构也不相同。如图 3.1 所示的单向阀 1，2 就是配油机构。

吸油腔的压力决定于吸油高度和吸油管路的阻力。吸油高度过高或吸油管路阻力太大，会使吸油腔真空度过高而影响液压泵的自吸能力。排油腔的压力则取决于外负载和排油管路的压力损失，从理论上讲，排油压力与液压泵的流量无关。

容积式液压泵的理论排油量取决于液压泵的有关几何尺寸和转速，而与排油压力无关。但排油压力会影响泵的液体泄露和油液的压缩量，从而影响泵的实际输出流量。因此，液压泵的实际输出流量随排油压力的升高而降低。

3.1.2 液压泵的分类

常用液压泵的分类及主要特点如下：

1）按结构特点分类

按结构特点，可分为齿轮泵、叶片泵、柱塞泵及螺杆泵等，如图 3.2 所示。

（1）齿轮泵

齿轮泵分为外啮合齿轮泵和内啮合齿轮泵。其结构简单，体积较小，质量小，维护方便，使用寿命长，价格较便宜；但工作压力较低，流量脉动和压力脉动较大。

（2）叶片泵

叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。其结构紧凑，外形尺寸小，运转平稳，流量均匀，噪声小，寿命长；但与齿轮泵相比，对油液污染较敏感，结构也比齿轮泵复杂。

（3）柱塞泵

柱塞泵分为轴向柱塞泵和径向柱塞泵。其精度高，密封性能好，可在高压下工作，可改变流量，故得到了广泛应用；但结构较复杂，制造精度要求高，制造成本高，对油液污染敏感。

（4）螺杆泵

螺杆泵结构简单、质量小，流量及压力的脉动小，输送均匀，无紊流，工作可靠，运转平稳性比齿轮泵和叶片泵高；但加工较难，不能改变流量。适用于低、中压、流量一定的场合。

2）按排量可否调节分类

按排量可否调节，可分为变量泵和定量泵。

输出流量可根据需要来调节的，称为变量泵；输出流量不能调节的，称为定量泵。

3）按能否双向排油分类

按能否双向排油，可分为单向泵和双向泵。

3.1.3 液压泵的图形符号

常用液压泵的图形符号一般采用标准图形符号绘制。液压泵的图形符号如图 3.3 所示。

3.1.4 液压泵的主要参数

1）压力

（1）工作压力P

液压泵实际工作时的输出压力，称为工作压力。工作压力的大小取决于外负载的大小和排油管路上的压力损失，而与液压泵的流量无关。

（2）额定压力

液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定能连续运转的最高压力，称为液压泵的额定压力。

（3）最高允许压力P _max

按试验标准规定，超过额定压力允许液压泵短暂运行的最高压力，称为液压泵的最高允许压力（简称最高压力）。

2）排量和流量

（1）排量V

液压泵的传动主轴每转一周，由其密封腔内几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积，称为液压泵的排量。排量的法定计量单位为m ³ / r。工程实践中，常用单位为mL/ r。排量可调节的液压泵，称为变量泵；排量为常数的液压泵，称为定量泵。

（2）理论流量q _i

理论流量是指单位时间内由密封腔内几何尺寸变化计算而得的排出液体体积，即不考虑液压泵泄漏流量的情况下，在单位时间内所排出的液体体积。显然，如果液压泵的排量为V，其主轴转速为n，则该液压泵的理论流量q _i 为

（3）实际流量q

液压泵在某一具体工况下，单位时间内所排出的液体体积，称为实际流量。它等于理论流量q _i 减去泄漏流量Δq，即

（4）额定流量q _n

液压泵在正常工作条件下，按试验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。

3）转速

（1）额定转速n _n

在额定压力下，能连续长时间正常运转的最高转速。若泵超过额定转速工作将会造成吸油不足，产生振动和大的噪声，零件会遭受气蚀损伤，寿命降低。

（2）最高转速n _max

在额定压力下，超过额定转速允许短时间运行的最高转速。

（3）最低转速n _min

马达正常运转所允许的最低转速。在此转速下，马达不出现爬行现象。

4）功率和效率

（1）液压泵的功率损失

液压泵的功率损失有容积损失和机械损失两个部分。

①容积损失

容积损失是指液压泵流量上的损失。液压泵的实际输出流量总是小于其理论流量。其主要原因是液压泵内部高压腔的泄漏、油液的压缩以及在吸油过程中由于吸油阻力太大、油液黏度大以及液压泵转速高等而导致油液不能全部充满密封工作腔。液压泵的容积损失用容积效率来表示。它等于液压泵的实际输出流量q与其理论流量q _i 之比，即

因此，液压泵的实际输出流量q为

式中 V——液压泵的排量，cm ³ / r；

n——液压泵的转速，r/ s。

液压泵的容积效率随着液压泵工作压力的增大而减小，且随液压泵的结构类型不同而异，但恒小于 1。

②机械损失

机械损失是指液压泵在转矩上的损失。液压泵的实际输入转矩T ₀ 总是大于理论上所需要的转矩T _i 。其主要原因是液压泵体内相对运动部件之间因机械摩擦而引起的摩擦转矩损失以及液体的黏性而引起的摩擦损失。液压泵的机械损失用机械效率表示。它等于液压泵的理论转矩T _i 与实际输入转矩T ₀ 之比。设转矩损失为ΔT，则液压泵的机械效率为

（2）液压泵的功率

①输入功率P _i

液压泵的输入功率是指作用在液压泵主轴上的机械功率。当输入转矩为T ₀ ，角速度为ω时，则

②输出功率P _o

液压泵的输出功率是指液压泵在工作过程中的实际吸油口、压油口之间的压差Δp和输出流量q的乘积，即

式中 Δp——液压泵吸油口、压油口之间的压力差，Pa；

q——液压泵的实际输出流量，m ³ / s；

p——液压泵的输出功率，N·m / s或W。

在实际的计算中，若油箱通大气，液压泵吸油、压油的压力差往往用液压泵出口压力p代入。

（3）液压泵的总效率

液压泵的总效率是指液压泵的实际输出功率与其输入功率的比值，即

式中 ——理论输入转矩 。

由式（3.8）可知，液压泵的总效率等于其容积效率与机械效率的乘积，故液压泵的输入功率也可写为

液压泵的各个参数和压力之间的关系如图 3.4 所示。