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第二节　液压泵、液压马达和液压缸
在液压系统中，液压泵、液压马达和液压缸都是能量转换装置。液压泵是动力源，将电动机（或其他原动机）提供的机械能转换为压力能，向液压系统输送有一定压力和流量的液压油。
而液压马达和液压缸同属于执行元件（执行机构）。
如将压力油输入液压马达，可得到旋转运动形式的机械能；如将压力油输入液压缸，可得到直线运动形式的机械能。
（一、液压泵
1；液压泵的工作原理
柱塞安装在泵体内，它既能沿泵体内表面滑动，又始终保持着良好的密封。
弹簧的作用是为了使柱塞末端始终与偏心轮相接触。这样在泵体内就形成了一个可以变化的密封容积。
当偏心轮转动时，柱塞左右往复运动。当柱塞2往右运动时，密封容积增大，形成局部真空，油箱的油液就在大气压作用下通过单向阀进入泵体内，此时单向阀关闭，液压泵完成吸油过程。
当柱塞向左运动时，密封容积减小，压力升高，单向阀关闭，于是泵体内的油液受到挤压，经单向阀进入液压系统，这时就是泵的压油过程。
偏心轮如此不停地转动，泵就不断地吸油和压油。由此可见液压泵是通过密封容积的变化实现吸油和压油的，所以这种泵称为容积式泵。
液压泵按照结构的不同，可分为齿轮式、叶片式和柱塞式三种；按其在单位时间内所能输出油液体积能否调节可分为定量泵和变量泵
2；液压泵的主要性能参数
（1）工作压力和额定压力
工作压力是指泵实际工作时的压力，而额定压力是指泵在正常工作条件下，按实验标准规定的连续运转的最高压力，工作压力超过此值将使泵过载。
（2）排量和流量
排量是指泵轴每转一转，其密封容积几何尺寸变化计算而得的排出液体的体积。
排量取决于泵的结构参数，而与其工况无关。排量可调的液压泵称为变量泵：否则称为定量泵。
液压泵的理论流量是指在不考虑泄漏的情况下，泵在单位时间内所排出的液体体积，其大小等于泵轴转速和排量的乘积。
而额定流量是指在正常工作条件下，按实验标准规定（如在额定压力和额定转速下）必须保证的流量。
泵工作时实际所输出的流量称为实际流量。
（3）功率和效率
液压泵的输入功率为输入转速和转矩的乘积，而输出功率为输出压力和流量的乘积。
液压泵在进行能量转换时总有功率损失，因此输出功率小于输入功率。两者之差值即为功率损失。
功率损失可分为容积损失和机械损失。
容积损失是由内泄漏而造成的流量上的损失。
由于内泄漏的存在，泵的实际输出流量总是小于理论输出流量。将泵的实际流量与理论流量之比称为泵的容积效率。
机械损失是因摩擦造成的转矩上的损失。由于摩擦的存在，驱动泵的实际转矩总是大于理论上所需的转矩。将泵的理论转矩与实际转矩之比称为泵的机械效率。
泵的总效率是其输出功率与输入功率之比，也等于泵的容积效率和机械效率的乘积。
3；齿轮泵
在泵的壳体内装有一对相互啮合的齿轮，齿轮及壳体两侧面由端盖（图中未画出）密封。
壳体、端盖和齿轮之间就形成了密封工作腔，两个齿轮的咽合线又将密封腔隔为左右两个互不相通的吸油腔和压油腔。
驱动齿轮按图示的箭头方向旋转时轮齿在中心线右侧脱离啮合，使该腔容积增大，形成局部真空，将油箱中的油液吸入右腔（吸油腔），填充齿槽。
随着齿轮的转动，油液被齿轮的齿槽从右腔带到左腔，轮齿在左侧进入啮合，齿槽被另一个齿轮的轮齿填塞，容积减小，齿槽的油液被挤出，使左腔（压油腔）油压升高，油液从压油口输出到系统中。
齿轮泵由于密封容积变化范围不能改变，即排量不变，故流量不可调，是一种定量泵。
齿轮泵结构简单，制造容易，工作可靠，对油液污染不敏感，自吸能力强，价格便宜，维护也很方便。
其主要缺点是泄漏较大（主要指从压油腔到吸油腔的内泄漏），效率低。
由于轮齿啮合过程中容积变化不均匀，造成了瞬时流量的变化不均匀，产生较大的流量脉动和压力脉动，引起振动和噪声。此外，由于压油腔和吸油腔压力的差异，支承齿轮旋转的轴承受到不平衡液压径向力的作用。
基于上述情况，普通齿轮泵的工作压力不高，常用于低压轻载系统。
4；叶片泵
（1）双作用叶片泵
该泵由转子、定子、叶片、配油盘及泵体等零件组成。
叶片安装在转子的径向叶片槽中，并可沿槽滑动。
转子与定子中心重合，定子内表面类似椭圆形，由两段大半径圆弧、两段小半径圆弧和四段过渡曲线所组成。
在端盖上，对应四段过渡曲线的位置开有四个沟槽，其中两个沟槽与泵吸油口连通，另外两个沟槽b与压油口连通。
驱动转子沿逆时针方向旋转时，叶片会压在定子表面，并随定子内表面曲线的变化在叶片槽内往复滑动。
在一、三象限，相邻两叶片之间的密封工作容积因叶片的外伸而由小变大，油液经吸油窗口进入，完成吸油过程
同理，在图示二、四象限，密封工作容积由压油大变小，完成压油过程。因此转子每转一转，每一叶片往复滑动两次，每个工作油腔完成片泵。
双作用叶片泵的流量不可调，是定量泵。
双作用叶片泵流量均匀，压力脉动小泄漏少，效率高；由于吸油腔和压油腔对称分布，转子承受的液体作用力能自相平衡，工作压力较高。双作用叶片泵的主要缺点是结构比较复杂，零件加工困难（如转子上安装叶片的槽），易受油液污染影响。
（2）单作用叶片泵
由转子、定子、叶片和配油盘等零件组成。
定子的内表面是圆柱面，转子和定子中心之间存在着偏心，叶片在转子的槽内可灵活滑动，在转子转动时的离心力以及叶片根部油压力作用下，叶片顶部贴紧在定子的内表面上。
于是，两相邻叶片、配油盘、定子和转子便形成了一个密封的工作腔。
当转子按逆时针方向旋转时，中心线右侧的叶片向外伸出，油液通过吸油口5、配油盘上的吸油窗口进入密封工作腔；而在中心线左侧，叶片收缩，密封腔的容积逐渐缩小，密封腔中的油液经压油口，从出油口输送到系统中去。
这种泵在转子转一转的过程中，吸油、压油各一次，故称为单作用叶片泵。
显然，偏心距越大，容积变化越大，泵的流量也就越大；反之，流量就小。
通常改变定子的位置（转子及传动轴的位置被原动机的轴所限定），从而实现偏心距的调节，这样的泵就成了变量泵。
5；柱塞泵
柱塞泵具有压力高、结构紧凑、效率高及流量调节方便等优点，但结构复杂，价格较贵。
柱塞泵常用于需要高压、大流量且流量需要调节的液压系统。
柱塞泵按结构可分为径向柱塞泵和轴向柱塞泵。
它由斜盘、柱塞、缸体、配油盘等主要零件组成，斜盘和配油盘不动、传动轴带动缸体、柱塞一起转动，柱塞靠特殊装置压紧在斜盘上。
当传动轴按方向旋转时，柱塞在沿斜盘自下而上回转的半周内，逐渐从缸体内伸出，使缸体孔内密封工作腔容积不断增加，产生局部真空，从而将油液经配油盘上的吸油窗口吸入；在自上而下回转的半周内，柱塞又逐渐压入缸体孔，使密封工作腔容积不断减小，将油液从配油盘4上的压油窗口b向外排出。
如此往复依靠柱塞在缸体孔内的往复运动实现吸油和压油过程。
轴向柱塞泵是一种变量泵，通过改变斜盘的倾角，就可以改变密封工作容积的有效变化量，实现泵输出流量的改变。
6；泵的选用
液压泵是标准元件，可根据实际工作环境和条件进行合理地选择。
选用时，主要是确定液压泵的额定压力、额定流量和结构类型，然后查手册确定其型号规格。
（1）确定液压泵的额定压力
确定液压泵的额定压力时，可根据液压系统中的最大工作压力和从泵口到执行元件间的压力损失来确定。
（2）确定液压泵的额定流量
确定液压泵的额定流量时，可根据液压系统工作的最大流量和系统中的泄漏情况来确定。
（3）确定液压泵的类型
在确定液压泵的类型时，要综合考虑工况、环境、可靠性和经济性等因素，充分发挥液压泵的性能优势。
一般负载小、功率小的液压系统，工作压力低，应选用齿轮泵；某些自动线上的送料、夹紧等要求不高的场合也常用齿轮泵。中等功率时，可选用叶片泵。负载大，功率大的液压系统宜采用柱塞泵。
在执行元件运动速度相差很多时，可选用变量泵或双泵供油。
7；泵用电动机功率计算
为了确定液压泵配套用电动机功率，需先计算泵的输出功率，同时必须考虑到泵的内部存在效率问题。
（二、液压马达
液压马达是将液压能转换成机械能，并能输出旋转运动的液压执行元件。
从原理上讲液压马达和液压泵具有互逆性，同类型的泵和马达在结构上也相似，但由于两者工作条件和性能要求不同，导致了它们实际结构上存在某些差异，因此很多同类型的泵和马达不能互逆通用。
液压马达按结构分类与液压泵类似，有齿轮马达、叶片马达、轴向柱塞马达等。
这里简单介绍叶片马达的工作原理
当压力油从进油口经配油窗口进入叶片和之间时，叶片因两面均受液压油的作用，所以不产生转矩。在叶片上，一侧作用有高压油，另一侧为低压油。
由于叶片伸出的面积大于叶片伸出的面积，因此作用于叶片上的总液压力大于作用于叶片上的总液压力，于是压力差推动叶片，并带动转子产生顺时针的转矩。
同理，压力油进入叶片和之间，叶片伸出的面积大于叶片伸出的面积，也产生顺时针转矩。油液的压力能因此就转变成了机械能，这就是叶片马达的工作原理。
当输油方向改变时，液压马达就反转液压马达（或液压泵）每转排油量的理论值称为排量，用V表示，单位为m3次方/r。
马达的排量不能调节的称为定量马达，可以调节的称为变量马达。
（三、液压缸
液压缸是液压系统中的一种执行元件，其功能是将液压能转变成直线往复式的机械运动。
液压缸有很多类型，按结构特点可分为活塞式、柱塞式和组合式三大类：按作用方式可分为单作用式和双作用式两种。
单作用式液压缸利用液压力实现单方向运动，反方向运动则依靠外力（如弹簧力、重力等）来实现。
双作用式液压缸利用液压力实现正反两个方向的运动。
1；活塞式液压缸
这种液压缸主要由缸体、活塞和活塞杆组成。活塞杆可以有两根，也可以有一根。
前者称为双杆活塞液压缸，后者称为单杆活塞液压缸。
当缸体固定不动时，液压缸左腔进油，右腔回油，活塞向右运动；反之，当右腔进油，左腔回油时，活塞向左运动。
当然，也可以固定活塞杆使缸体运动，情况则与上述相反。
通常双杆活塞式液压缸的两根活塞杆直径相等，所以，在进入液压缸的流量不变的情况下，往复运动的速度和输出推力的大小相同。
单杆活塞式液压缸的工作原理与双杆式相同，不同的是它只有一根活塞杆。
这样，活塞两端的有效作用面积不同，在流量和压力相同的条件下，往复运动的速度和输出的推力则不相等。
当无杆腔进油时，活塞的有效作用面积大，所以速度小，推力大；当有杆腔进油时活塞的有效作用面积小，输出的速度大，推力小。
单杆活塞式液压缸还有一个重要特点，即当液压缸的两腔同时接通压力油时，由于活塞两端有效作用面积不相等，作用在活塞两端的推力就不相等，它们的合力使活塞产生运动，单杆活塞式液压缸的这种连接方式被称为差动连接。
差动连接时，有杆腔中排出的油液也进入无杆腔，增大了进入无杆腔的流量，从而也加快了活塞移动的速度。
差动连接时，实际起作用的液压缸有效面积是活塞杆的横截面积。
液压缸的差动连接是在不增加液压泵流量的情况下实现快速运动的有效方法。
在机床液压系统中，常通过控制阀改变单杆活塞缸的油路连接，从而获得快速运动（差动连接）一工进（无杆腔进油）一快退（有杆腔进油）的工作循环。
2；柱塞式液压缸
柱塞式液压缸是单作用的，只能在压力油的作用下产生单向运动，它的回程需要借助自重或弹簧等其他外力来完成，如果要获得双向运动，可将柱塞液压缸成对使用。
柱塞缸主要由缸筒、柱塞、导向套等零件组成，柱塞和缸筒内壁不接触，因此缸筒内孔不需精加工，工艺性好，成本低。
柱塞缸的柱塞端面是受压面，其面积大小决定了柱塞缸的输出速度和推力，为保证柱塞缸有足够的推力和稳定性，一般柱塞较粗，质量较大，水平安装时易产生单边磨损，故柱塞缸适宜于垂直安装使用。
为减轻柱塞质量，常把柱塞做成空心的。
柱塞缸结构简单，制造方便，常用于工作行程较长的场合，如大型拉床、矿用液压支架等。