液壓泵及液壓馬達的功用與基本原理

1.1  液壓系統的工作原理及組成

液壓技術是以液體為工作介質，利用封閉系統中液體的靜壓能實現信息、運動和動力的傳遞及工程控制的技術。一個完整的液壓系統都是由能源元件（液壓泵）、執行元件（液壓缸、液壓馬達和擺動液壓馬達）、控制元件（各類液壓控制閥）及輔助元件（油箱、過濾器和管件等）四類液壓元件和工作介質所組成的。液壓傳動與控制的機械設備或裝置工作時，其液壓系統以具有連續流動性的液壓油液作為工作介質，通過液壓泵將驅動泵的原動機（電動機或內燃機）的機械能轉換成液體的壓力能，然后經過封閉管路及控制閥，送至執行元件中，轉換為機械能去驅動負載，實現工作機構所需運動。

1.2液壓泵及液壓馬達的功用與基本原理

1.2.1  功用及重要性

液壓泵是任何一臺液壓機械設備不可缺少的能源元件，其功用是將原動機的機械能轉換為液壓能，即向液壓系統提供具有一定壓力和流量的液體；而液壓馬達是任何需要回轉運動的液壓機械設備或工作機構（如各類工業生產機械、軍用裝備的回轉工作機構和各類車輛及行走機械等）不可缺少的執行元件，其功用是將液壓能轉換為機械能，以轉矩和轉速的形式驅動與其相連的工作機構做功。

    液壓泵及液壓馬達的功用原理互逆，但結構相近，且兩者在液壓技術中的使用量均占有相當大的比重。在各類液壓設備的開發及液壓系統的設計和使用中，正確合理地選擇、使用和維護液壓泵及液壓馬達，對于提高液壓系統乃至整個液壓設備的工作品質和可靠性，無疑具有非常重要的意義。因此，液壓技術的設計制造人員、安裝調試人員和現場使用維護人員必須掌握液壓泵及液壓馬達的工作原理、類型結構、技術特性及使用維護方法。

1.2.2基本原理

在液壓系統中，液壓泵和液壓馬達的類型很多（如齒輪式、葉片式、柱塞式等）、結構各異，但都是容積式的，即都是基于一個或幾個密封容積的變化而進行工作的。

    圖A所示為一具有可逆性的液壓裝置：既可作液壓泵使用，也可作液壓馬達使用。其結構組成簡述如下：偏心凸輪1和3的偏心距為e，偏心凸輪2的偏心距為E。三個凸輪的回轉中心01、02與03由同一傳動軸4（轉子）相連和驅動。凸輪1和3控制單向閥5和7的開啟或關閉；凸輪2與柱塞6（擠子）保持接觸，三個凸輪均由相應的彈簧保證與件5、6和7接觸。柱塞可在缸體（定子）8的孔中往復移動，缸體與柱塞之間構成了容積可變的密封工作腔12。現以圖A為例對液壓泵及液壓馬達的基本工作原理分別進行分析和討論。

    (1)液壓泵的基本原理  當圖A所示裝置作液壓泵使用時，原動機帶動傳動軸4（轉子）按圖示順時針方向旋轉，則三個凸輪隨傳動軸一起沿順時針方向旋轉，設泵從圖A(a)所示位置開始轉動，此時柱塞6隨之下移，密封工作腔12的容積變大，產生真空；與此同時，凸輪3將吸油單向閥7打開（而凸輪1正好將排油單向閥5關閉），開式油箱（圖中未畫出）中的油液在大氣壓作用下經進油口a、吸油單向閥7和油道b被吸人密封工作腔12，為吸油過程。當轉子繼續旋轉到圖A(b)所示位置時，柱塞6被凸輪2壓縮上移，密封工作腔12的容積減小，腔內已吸入的油液受壓縮而壓力增大，欲將油液排出；與此同時，凸輪1恰好將排油單向閥5打開（而凸輪3正好將吸油單向閥7關閉），油液即通過油道c、排油單向閥5和排油口d輸出到系統，為排油過程。傳動軸轉動一周，泵吸、排油各一次。原動機驅動傳動軸連續旋轉，液壓泵就不斷由進油口a吸油，由排油口d向系統排油。若原動機帶動傳動軸或轉子逆時針方向轉動，則油流將反向，即泵就由油口d吸油，由油口a向系統排油。

    上述單柱塞液壓泵具有容積式液壓泵的基本結構原理特征。

    ①具有統稱為定子、轉子和擠子的三種零件，它們因液壓泵的結構不同而異。

    ②具有若干個密封且又可周期性變化的空間，此空間稱為工作腔，它一般由定子、轉子和擠子這三種零件構成。工作腔起吸油作用時稱為吸油腔，起壓油作用時稱為排油腔，吸油腔和排油腔之間的過渡區被有關零件的表面所密封。為使工作腔的容積發生變化，在構成工作腔的零件中必須有一個可作相對運動的擠子。擠子能使工作腔容積周期性地由小變大而不斷吸人液體；能使工作腔容積周期性地由大變小，不斷排出液體。

    ③具有吸油口和排油口。這兩個油口分別與吸油腔和排油腔相連通。液壓泵的吸油口的通流面積應足夠大，以免因油液在其內流速過高而產生氣穴和汽蝕；而泵的排油口的流速可適當大些，以減小管道尺寸和重量。

    ④液壓泵輸入參數是機械參數（轉矩和轉速），輸出參數是液壓參數（壓力和流量）。

    液壓泵吸油腔的壓力取決于吸油高度和吸油管路阻力造成的壓力損失大小；排油腔的壓力則取決于負載和排油管路的阻力造成的壓力損失大小。

    液壓泵的理論排油量與工作腔的容積變化量（或幾何尺寸）和單位時間內變化的次數（或轉速）成正比，而與排油壓力等其他因素無關。若泵的理論排油量不能改變，則為定量泵，反之則為變量泵。

    ⑤具有配流機構（也稱配流器）。液壓泵由吸油到排油或由排油到吸油的轉換稱為配流。為保證液壓泵有規律地吸排液體，應具有相應的配流機構．以將吸油腔和排油腔隔開，保證泵有規律地吸、排液體。配流方式因液壓泵的結構不同而異，一般有確定式和閥式兩種配流方式：確定式配流依靠設置在泵內某個部件適當位置上的孔或槽實現配流，大多液壓泵都采用這種配流方式，一般具有作為液壓馬達的可逆性；閥式配流則是依靠逆止閥實現配流（吸、排油閥在邏輯上互逆，不會同時開啟），多用于超高壓柱塞泵中，由于此類泵的液流方向有時不能改變，故失去了作為液壓馬達的可逆性。

    例如，圖A所示單柱塞液壓泵中的配流方式為采用逆止閥（吸油閥7和壓油閥5）的閥式配流。

    ⑥油箱內液體的絕對壓力必須恒等于或大于大氣壓力。為保證泵正常吸油，油箱必須與大氣相通或采用密閉的充氣油箱。