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齿轮泵是依靠泵缸与啮合齿轮间所形成的工作容积变化和移动来输送液体或使之增压的回转泵。由两个齿轮、泵体与前后盖组成两个封闭空间,当齿轮转动时,齿轮脱开侧的空间的体积从小变大,形成真空,将液体吸入,齿轮啮合侧的空间的体积从大变小,而将液体挤入管路中去。吸入腔与排出腔是靠两个齿轮的啮合线来隔开的。齿轮泵的排出口的压力*取决于泵出口处阻力的大小。
齿轮泵的概念是很简单的,它的基本形式就是两个尺寸相同的齿轮在一个紧密配合的壳体内相合旋转,这个壳体的内部类似“8”字形,两个齿轮装在里面,齿轮的外径及两侧与壳体紧密配合。来自于挤出机的物料在吸入口进入两个齿轮中间,并充满这一空间,随着齿的旋转沿壳体运动,后在两齿啮合时排出。
在术语上讲,齿轮泵也叫正排量装置,即像一个缸筒内的活塞,当一个齿进入另一个齿的流体空间时,因为液体是不可压缩的,所以液体和齿就不能在同一时间占据同一空间,这样,液体就被机械性地挤排出来。由于齿的不断啮合,这一现象就连续在发生,因而也就在泵的出口提供了一个连续排除量,泵每转一转,排出的量是一样的。随着驱动轴的不间断地旋转,泵也就不间断地排出流体。泵的流量直接与泵的转速有关。
实际上,在泵内有很少量的流体损失,因为这些流体被用来润滑轴承及齿轮两侧,而泵体也绝不可能无间隙配合,故不能使流体100%地从出口排出,所以少量的流体损失是必然的,这使泵的运行效率不能达到100%。然而泵还是可以良好地运行,对大多数挤出物料来说,仍可以达到93%~98%的效率。
就核心组成部件齿轮而言,主要由公法线齿轮泵和圆弧齿轮泵。公法线齿轮泵输送含杂质的介质比圆弧齿轮泵要耐用,而圆弧齿轮泵结构特殊,输送干净的介质,噪音低,寿命长,各有各的优点。优点:结构简单紧凑、体积小、质量轻、工艺性好、价格便宜、自吸力强、对油液污染不敏感、转速范围大、能耐冲击性负载,维护方便、工作可靠。
缺点:径向力不平衡、流动脉动大、噪声大、效率低,零件的互换性差,磨损后不易修复,不能做变量泵用。
原因:液压油在渐开线齿轮泵运转过程中,因齿轮相交处的封闭体积随时间改变,常有一部分的液压油被密封在齿间,如图所示,称为困油现象,因液压油不可压缩将使外接齿轮产生极大的振动和噪声,影响系统正常工作。措施:在前后盖板或浮动轴套上开卸荷槽,开设卸荷槽的原则:两槽间距为小闭死容积,而使闭死容积由大变小时与压油腔相通,闭死容积由小变大时与吸油腔相通。齿轮泵的泄漏较大,外啮合齿轮运转时泄漏途径有以下三点:一为齿轮顶隙,其次为测隙,第三为啮合间隙。
其中端面侧隙泄漏较大,占总泄漏量的80%-85%,当压力增加时,前者不会改变,但后者挠度大增,此为外啮合齿轮泵泄漏主要的原因,容积效率较低,故不适合用作高压泵。
解决方法:端面间隙补偿采用静压平衡措施,在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件,如浮动轴套、浮动侧板。
右侧是压油腔,左侧是吸油腔,两腔的压力是不平衡的;另外压油腔因齿顶泄漏,其压力为递减。两不均衡压力作用于齿轮和轴称径向不平衡压力,油压越高,该力越大,加速轴承磨损,降低轴承寿命,使轴弯曲,加大齿顶与轴孔磨损。
防止措施:采用压力平衡槽或缩小压油腔
卸载元件将在大流量泵与小功率单泵结合起来。液体从两个齿轮油泵因受定排量的结构限制,通常认为齿轮泵仅能作恒流量液压源使用.齿轮油泵因受定排量的结构限制,通常认为齿轮油泵仅能作恒流量液压源使用。然而,附件及螺纹联接组合阀方案对于提高其功能、降低系统成本及提高系统可靠性是有效的,因而,齿轮油泵的性能可接近价昂、复杂的柱塞泵。这时,大流量泵便把流量从其出口循环到入口,从而减少了该泵对系统的输出流量,即将泵的功率减少至略高于高压部分工作的所需值。流量降低的百分比取决于此时未卸载排量占总排量的比率。组合或螺纹联接卸载阀减少乃至消除了管路、孔道和辅件及其它可能的泄漏。
简单的卸载元件由人工操纵。弹簧使卸载阀接通或关闭,当给阀一操纵信号时,阀的通断状态好被切换。杠杆或其它机械机构是操纵这种阀的简单方法。
导控(气动或液压)卸载阀是操纵方式的一种改进,因为此类阀可进行远程控制。其大的进展是采用电气或电子开关控制的电磁阀,它不仅可用远程控制,而且可用微机自动控制,通常认为这种简单的卸载技术是应用的情况。
人工操纵卸载元件常用于为快速动作而需大流量及快速动作而需大流量及为精确控制而减少流量的回路,例如快速伸缩的起重臂回路。图1所示回路的卸载阀无操纵信号作用时,回路一直输出大流量。对于常开阀,在常态下回路将输出小流量。
压力传感卸载阀是普遍的方案。如图2所示,弹簧作用使卸载阀处于其大流量位置。回路压力达到溢流阀预调值时,溢流阀开启,卸载阀在液压和作用下切换至其小流量位置。压力传感卸载回路多用于行程中需快速、行程结束时需高压低速的液压缸供液。压力传感卸载阀基基本上是一个达到系统压力即卸的自动卸载元件,普遍用于测程仪分裂器和液压虎钳中。
流量传感卸载回路中的卸载阀也是由弹簧将其压向大流量位置。该阀中的固定节流孔尺寸按设备的发动机速度所需流量确定。若发动机速度超出此范围,则节流小孔压降将增加,从而将卸载阀移位至小流量位置。因此大流量泵相邻的元件做成可对大流量节流的尺寸,故此回路能耗少、工作平稳且成本低。这种回路的典型应用是,限定回路流量达范围以提高整个系统的性能,或限定机器高速行驶期间的回路压力。常用于垃圾运载卡车等。
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