高压叶片泵 图文细说：叶片泵

一、叶片泵的分类和特点

叶片泵分为单作用叶片泵和双作用叶片泵。单作用叶片泵一般是变量泵，双作用叶片泵只能做成定排量泵。它们之间的主要区别是定子的内曲线形状不同。当泵轴以不同的曲线形状旋转时，吸油次数和压力不同。单作用叶片泵每转吸油一次，双作用叶片泵吸油两次。

叶片泵的主要优点:

1.输出流量比齿轮泵更均匀，运行稳定，噪音低。

2.更高的工作压力和更高的容积效率。

3.单作用叶片泵易于实现流量调节，而双作用叶片泵由于转子上径向液压的平衡，使用寿命长。

4.结构紧凑，外形尺寸小，流量大。

叶片泵的主要缺点:

1.自吸性能比齿轮泵差，吸油条件要求更严格，速度范围必须在500~1500r/min范围内。

2.对油液污染敏感，叶片容易被油液中的杂质咬坏，工作可靠性差。

3.结构复杂，零件制造精度高。

叶片泵主要用于机床控制，特别是双作用叶片泵由于其流量脉动小而广泛应用于精密机床。

二、单作用叶片泵

1.单作用叶片泵的工作原理

下图是单作用叶片泵的工作原理图。泵主要由转子2、定子3、叶片4和阀板组成。定子内表面为圆柱面，转子与定子中心有偏心距e。叶片可以在转子的槽中灵活滑动。在转子旋转时的离心力和叶片根部的油压作用下，叶片顶部紧贴定子内表面，使相邻的两个叶片、配油板、定子和转子形成一个密封的工作腔。因为泵在转子一转的过程中吸油、压油一次，所以称为单作用叶片泵。转子单向受力，轴承负荷大。通过改变偏心率e，可以改变泵排量，形成可变叶片泵。

2.单作用叶片泵平均流量的计算

3.单作用叶片泵的变量原理

可变叶片泵有两种类型:内反馈泵和外反馈泵。

限压内反馈变量叶片泵:内反馈变量叶片泵的工作力来自泵本身的排油压力，内反馈变量叶片泵阀板吸排油窗口的布置如下图所示。

由于偏转角θ，排油压力施加在定子环上的力可以分解为垂直于轴线oo1的分量F1和调节分量F2，调节分量F2与调节弹簧的压缩恢复力、定子运动的摩擦力和定子运动的惯性力平衡。定子相对于转子的偏心率和泵的排量可以由力的相对平衡来确定。

可变特性曲线如下图所示。当泵的工作压力形成的调节分量F2小于弹簧预紧力时，泵的定子环对转子的偏心保持在最大值，不随工作压力的变化而变化。由于泄漏，泵的实际输出流量随着其压力的增加而略有下降，如图中AB部分所示。当泵的工作压力P超过PB时，调节部件F2大于弹簧预紧力，使定子环向减小偏心的方向移动，泵的排量开始减小(可变)。改变弹簧的预紧力可以改变曲线的B点；调节最大流量调节螺钉，以调节曲线的点A。

外反馈限压变量叶片泵:外反馈变量叶片泵的原理及参数计算见下图，通过改变偏心距e可以改变泵流量。

三.双作用叶片泵

1.双作用叶片泵的工作原理

双作用叶片泵的原理与单作用叶片泵相似，只是定子内表面由两个长半径圆弧、两个短半径圆弧和四条过渡曲线组成，定子和转子同心。下图中，当转子顺时针转动时，密封工作室的容积在左上角和右下角即吸油区逐渐增大，在左下角和右上角即油压缩区逐渐减小；吸油区和油压区之间有一个油封区，将吸油区和油压区隔开。这种泵的转子每转动一次，每个密封的工作腔就完成两次吸油和加压，所以称为双作用叶片泵。

2.双作用叶片泵平均流量的计算

当两个叶片从a、b位置转到c、d位置时，排出体积为m的油；从c，d转到e，f，吸入体积为m的油。从E、F转到G、H时，体积m的油再次排出。然后从g，h回到a，b，又吸入了体积为m的油。流量计算见下图。

3.双作用叶片泵的高压化趋势

随着技术的发展，双作用叶片泵的最大工作压力已经达到20-30MPa，因为双作用叶片泵转子上的径向力基本平衡，不像齿轮泵和单作用叶片泵，工作压力的提高受到径向承载能力的限制；提高叶片泵工作压力的主要限制条件是叶片和定子内表面的磨损。为了解决定子和叶片的磨损，应采取措施减小叶片在吸油区对定子内表面的压缩力。目前主要的结构措施如下:

双叶片结构:如下图所示，每个转子槽中安装两个倒角叶片。两个叶片的倒角部分形成一个从叶片底部通向头部的V形油道，因此作用在叶片底部和头部的油压相等。叶片头部的形状设计合理，使叶片头部的承载面积略小于叶片底部。轴承面积的这种差异形成了叶片和定子内表面之间的接触力。

弹簧加载叶片结构:如上图所示，叶片底面有三个弹簧孔，叶片底面通过连接叶片头部和底部的小孔以及侧面的半圆形凹槽与头部连通。接触压力是叶片的离心力、惯性力和弹簧力。但弹簧在工作过程中经常受到交变压缩，容易造成疲劳损伤。

子母叶片结构:母叶片和子叶片安装在叶片槽内，母叶片和子叶片可以相对自由滑动。正确选择子叶片和母叶片的宽度比，可以使母叶片和定子之间的接触压力合适；转子上的压力平衡孔使母叶片头部和底部的液压相等，泵的排油压力通向母叶片和子叶片之间的中压室；叶片作用在定子上的力为:F=bt(p2-p1)。

阶梯式叶片结构:叶片呈阶梯状，转子上的叶片槽也有相应的形状。它们之间的中间油腔通过配流盘上的凹槽与压力油连通，转子上的压力平衡油路将压力油从叶顶引入叶底。由于叶片和凹槽形状复杂，这种结构工艺性差，应用较少。

4.单、双叶片泵特性的比较

1.单作用叶片泵的主要特点

存在陷油现象:阀片吸油窗与排油窗之间的密封角略大于相邻两片叶片之间的夹角，而单作用叶片泵的定子没有与转子同心的圆弧段。因此，当密封腔发生变化时，会出现类似齿轮泵的陷油现象。通常情况下，通过在配流盘的排油窗边缘开三角形卸荷槽来消除困油现象。

径向压力不平衡:叶片沿旋转方向向后倾斜，使转子承受径向液压。单作用叶片泵转子径向液压不平衡，轴承负荷大。这限制了泵工作压力和排量的增加。

2.双作用叶片泵的主要特点

定子过渡曲线:定子内表面的曲线由四段圆弧和四段过渡曲线组成，使叶片转到过渡曲线和圆弧段交点时加速度突变较小，以减小冲击和噪音，同时应使泵瞬时流量的脉动最小，如下图所示。

定子曲线:直接影响泵的流量均匀性、噪音、磨损等。同时过渡曲线应保证叶片紧贴定子内表面，以保证叶片在转子槽内径向运动时速度和加速度变化均匀，使叶片对定子内表面的冲击尽可能小。过渡曲线采用阿基米德螺线的话，叶片泵的流量理论上没有脉动，但是叶片在大小圆弧与过渡曲线的连接点处产生很大的径向加速度，冲击定子，造成连接点处磨损严重，产生噪音。这种情况可以通过在连接点使用小圆弧来改善。此外，目前也广泛使用高阶曲线和余弦曲线。

叶片安装角:在叶片运行过程中，叶片根部的离心力和压力油使叶片和定子紧密接触。当叶片转到油压区时，定子的内表面迫使叶片推向转子的中心。其工作条件与凸轮相似。叶片以压力角与定子内表面接触，其大小发生变化(其变化规律与叶片径向速度的变化规律相同——即从零到最大逐渐增大，然后从最大到零逐渐减小)。因此，在双作用叶片泵中，叶片沿着转子的旋转方向向前倾斜一定角度，从而减小压力角，从而减小侧向力，保证叶片在凹槽中的灵活运动，减少磨损。当叶片有设定角度时，叶片泵不允许反转。下面两张图是单作用叶片泵和双作用叶片泵的叶片倾角对比。

端部间隙自动补偿:为了增加压力，减少端部泄漏，配流盘外侧与油压室相通，使配流盘在液压推力的作用下压向转子。

流量脉动和叶片数:为了完全平衡径向力，密封件之间的数量空(即叶片数)应为偶数。如果不考虑叶片的厚度，双作用叶片泵的输出流量是均匀的，但实际叶片是有厚度的，长半径圆弧和短半径圆弧不能完全同心，特别是叶片底部的凹槽与油压室相通，所以泵的输出流量会有轻微的脉动，但其脉动率要比其他泵(螺杆泵除外)小得多，叶片数为4的整数倍时最小。因此，双作用叶片泵的叶片数量一般为12片或16片。