柱塞泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理，3D動(dòng)畫直觀展示，液壓從業(yè)人員必看
柱塞泵主要由動(dòng)力端和液力端兩大部分組成，并附有皮帶輪、止回閥、安全閥、穩(wěn)壓器、潤滑系統(tǒng)等組成。柱塞泵分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩種代表性的結(jié)構(gòu)形式；由于徑向柱塞泵屬于一種新型的技術(shù)含量比較高的高效泵，隨著不斷加快，徑向柱塞泵必然會(huì)成為柱塞泵應(yīng)用領(lǐng)域的重要組成部分。
今天100唯爾教育小編就結(jié)合100唯爾教育《筑路機(jī)械液壓與液力傳動(dòng)系統(tǒng)》VR仿真課程來介紹下柱塞泵的分類、工作原理等相關(guān)知識(shí)。
一、柱塞泵的分類與特點(diǎn)
柱塞泵是通過柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)密封工作容積的變化來實(shí)現(xiàn)吸油和排油的。按柱塞的排列方向不同，分為軸向柱塞泵和徑向柱塞泵兩大類。更細(xì)則分為單柱塞泵、臥式柱塞泵、軸向柱塞泵和徑向柱塞泵。
1.軸向式
軸向柱塞泵是活塞或柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)方向與缸體中心軸平行的柱塞泵。軸向柱塞泵利用與傳動(dòng)軸平行的柱塞在柱塞孔內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的容積變化來進(jìn)行工作的。由于柱塞和柱塞孔都是圓形零件，加工時(shí)可以達(dá)到很高的精度配合，因此容積效率高。
2.徑向式
徑向柱塞泵可分為閥配流與軸配流兩大類。閥配流徑向柱塞泵存在故障率高、效率低等缺點(diǎn)。由于徑向泵結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，固定了軸配流徑向柱塞泵比軸向柱塞泵耐沖擊、壽命長、控制精度高。該泵的響應(yīng)速度快，徑向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)克服了如軸向柱塞泵滑靴偏磨的問題，使其抗沖擊能力大幅度提高。
二、柱塞泵的工作原理
柱塞泵是液壓系統(tǒng)的一個(gè)重要裝置。它依靠柱塞在缸體中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使密封工作容腔的容積發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)吸油、壓油。柱塞泵具有額定壓力高、結(jié)構(gòu)緊湊、效率高和流量調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于高壓、大流量和流量需要調(diào)節(jié)的場(chǎng)合，諸如液壓機(jī)、工程機(jī)械和船舶中。
柱塞泵是往復(fù)泵的一種，屬于體積泵，其柱塞靠泵軸的偏心轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其吸入和排出閥都是單向閥。當(dāng)柱塞外拉時(shí)，工作室內(nèi)壓力降低，出口閥關(guān)閉，低于進(jìn)口壓力時(shí)，進(jìn)口閥打開，液體進(jìn)入；柱塞內(nèi)推時(shí)，工作室壓力升高，進(jìn)口閥關(guān)閉，高于出口壓力時(shí)，出口閥打開，液體排出。當(dāng)傳動(dòng)軸帶動(dòng)缸體旋轉(zhuǎn)時(shí)，斜盤將柱塞從缸體中拉出或推回，完成吸排油過程。柱塞與缸孔組成的工作容腔中的油液通過配油盤分別與泵的吸、排油腔相通。變量機(jī)構(gòu)用來改變斜盤的傾角，通過調(diào)節(jié)斜盤的傾角可改變泵的排量。
1.進(jìn)油過程
當(dāng)凸輪的凸起部分轉(zhuǎn)過去后，在彈簧力的作用下，柱塞向下運(yùn)動(dòng)，柱塞上部空間（稱為泵油室）產(chǎn)生真空度，當(dāng)柱塞上端面把柱塞套上的進(jìn)油孔打開后，充滿在油泵上體油道內(nèi)的柴油經(jīng)油孔進(jìn)入泵油室，柱塞運(yùn)動(dòng)到下止點(diǎn)，進(jìn)油結(jié)束
2.回油過程
柱塞向上供油，當(dāng)上行到柱塞上的斜槽（停供邊）與套筒上的回油孔相通時(shí)，泵油室低壓油路便與柱塞頭部的中孔和徑向孔及斜槽溝通，油壓驟然下降，出油閥在彈簧力的作用下迅速關(guān)閉，停止供油。此后柱塞還要上行，當(dāng)凸輪的凸起部分轉(zhuǎn)過去后，在彈簧的作用下，柱塞又下行。此時(shí)便開始了下一個(gè)循環(huán)。
柱塞泵以一個(gè)柱塞為原理介紹，一個(gè)柱塞泵上有兩個(gè)單向閥，并且方向相反，柱塞向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)缸內(nèi)出現(xiàn)負(fù)壓，這時(shí)一個(gè)單向閥打開液體被吸入缸內(nèi)，柱塞向另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，將液體壓縮后另一個(gè)單向閥被打開，被吸入缸內(nèi)的液體被排出。這種工作方式連續(xù)運(yùn)動(dòng)后就形成了連續(xù)供油。
三、常見故障處理
（一）振動(dòng)和噪聲
振動(dòng)和噪聲是同時(shí)出現(xiàn)的。它們不僅對(duì)機(jī)器的操作者造成危害，也對(duì)環(huán)境造成污染。
1.機(jī)械振動(dòng)和噪聲
如泵軸和電機(jī)軸不同心或頂死，旋轉(zhuǎn)軸的軸承、聯(lián)軸節(jié)損傷，彈性墊破損和裝配螺栓松動(dòng)均會(huì)產(chǎn)生噪聲。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)或傳輸大能量的泵，要定期檢查，記錄各部件的振幅、頻率和噪聲。如泵的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與壓力閥的固有頻率相同時(shí)，將會(huì)引起共振，可改變泵的轉(zhuǎn)速以消除共振。
2.管道內(nèi)液流產(chǎn)生的噪聲
進(jìn)油管道太細(xì)、進(jìn)油濾油器通流能力過小或堵塞、進(jìn)油管吸入空氣、油液豁度過高、油面過低吸油不足和高壓管道中產(chǎn)生液擊等，均會(huì)產(chǎn)生噪聲。因此，必須正確設(shè)計(jì)油箱，正確選擇濾油器、油管和方向閥。
（二）中位時(shí)排油量不為零
變量式軸向柱塞泵的斜盤傾角為零時(shí)稱為中位，此時(shí)泵的輸出流量應(yīng)為零。但有時(shí)會(huì)出現(xiàn)中位偏離調(diào)整機(jī)構(gòu)中點(diǎn)的現(xiàn)象，在中點(diǎn)時(shí)仍有流量輸出。其原因是控制器的位置偏離、松動(dòng)或損傷，需要重新調(diào)零、緊固或更換。泵的角度維持力不夠、傾斜角耳軸磨損也會(huì)產(chǎn)生這種現(xiàn)象。
（三）漏油
柱塞泵漏油主要有以下原因：
(1)主軸油封損壞或軸有缺陷、劃痕；
(2)內(nèi)部泄漏過大，造成油封處壓力增大，而將油封損傷或沖出；
(3)泄油管過細(xì)過長，使密封處漏油；
(4)泵的外接油管松動(dòng)，管接頭損傷，密封墊老化或產(chǎn)生裂紋；
(5)變量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)螺栓松動(dòng)，密封破損；
(6)鑄鐵泵殼有砂眼或焊接不良。
（四）輸出流量波動(dòng)
輸出流量波動(dòng)與很多因素有關(guān)。對(duì)變量泵可以認(rèn)為是變量機(jī)構(gòu)的控制不佳造成，如異物進(jìn)入變量機(jī)構(gòu)，在控制活塞上劃出階痕、磨痕、傷痕等，造成控制活塞運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。由于放大器能量不足或零件損壞、含有彈簧的控制活塞的阻尼器效能差，都會(huì)造成控制活塞運(yùn)動(dòng)不穩(wěn)定。流量不穩(wěn)定又往往伴隨著壓力波動(dòng)。這類故障一般要拆開液壓泵，更換受損零部件，加大阻尼，提高彈簧剛度和控制壓力等。
（五）輸出壓力異常
泵的輸出壓力是由負(fù)載決定的，與輸入轉(zhuǎn)矩近似成正比。輸出壓力異常有兩種故障。
1.輸出壓力過低
當(dāng)泵在自吸狀態(tài)下，若進(jìn)油管路漏氣或系統(tǒng)中液壓缸、單向閥、換向閥等有較大的泄漏，均會(huì)使壓力升不上去。這需要找出漏氣處，緊固、更換密封件，即可提高壓力。溢流閥有故障或調(diào)整壓力低，系統(tǒng)壓力也上不去，應(yīng)重新調(diào)整壓力或檢修溢流閥。如果液壓泵的缸體與配流盤產(chǎn)生偏差造成大量泄漏，嚴(yán)重時(shí)，缸體可能破裂，則應(yīng)重新研磨配合面或更換液壓泵。
2.輸出壓力過高
若回路負(fù)載持續(xù)上升，泵的壓力也持續(xù)上升，當(dāng)屬正常。若負(fù)載一定，泵的壓力超過負(fù)載所需壓力值，則應(yīng)檢查泵以外的液壓元件，如方向閥、壓力閥、傳動(dòng)裝置和回油管道。若最大壓力過高，應(yīng)調(diào)整溢流閥。5
（六）液壓泵輸出流量不足或不輸出油液
1.吸入量不足
原因是吸油管路上的阻力過大或補(bǔ)油量不足。如泵的轉(zhuǎn)速過大，油箱中液面過低，進(jìn)油管漏氣，濾油器堵塞等。
2.泄漏量過大
原因是泵的間隙過大，密封不良造成。如配油盤被金屬碎片、鐵屑等劃傷，端面漏油；變量機(jī)構(gòu)中的單向閥密封面配合不好，泵體和配油盤的支承面有砂眼或研痕等。可以通過檢查泵體內(nèi)液壓油中混雜的異物判別泵被損壞的部位。
3.傾斜盤傾角太小
泵的排量少，這需要調(diào)節(jié)變量活塞，增加斜盤傾角。
（七）液壓泵過熱
液壓泵過度發(fā)熱有兩個(gè)原因，一是機(jī)械摩擦生熱。由于運(yùn)動(dòng)表面處于干摩擦或半干摩擦狀態(tài)，運(yùn)動(dòng)部件相互摩擦生熱。二是液體摩擦生熱。高壓油通過各種縫隙泄漏到低壓腔，大量的液壓能損失轉(zhuǎn)為熱能。所以正確選擇運(yùn)動(dòng)部件之間的間隙、油箱容積和冷卻器，可以杜絕泵的過度發(fā)熱和油溫過高的現(xiàn)象。另外，回油過濾器堵塞造成回油背壓過高，也會(huì)引起油溫過高和泵體過熱。
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