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液压工作原理

液压系统外啮合齿轮泵困油现象及泄露问题

添加时间:2022-01-13

一、液压系统困油现象

为了使齿轮泵能连续平稳工作,必须使齿轮啮合的重叠系数ɛ>1,以保证工作的任一瞬间至少有一对轮齿在啮合,于是总会出现两对轮齿同时啮合的情况,这时就在两对啮合的轮齿之间产生一个和吸、压油腔均不相通的闭死容积,称为困油区,使留在这两对轮齿之间的油液困在这个封闭的容积内。随着齿轮的转动,困油区的容积大小发生变化,如下图所示,当容积缩小时[由图1(a)过渡到图1(b)],由于无法排油,困油区内的油液受到挤压,压力急剧升高;随着齿轮的继续转动[由图1(b)过渡到图1(c)],困油区容积又逐渐变大,由于无法补油,困油区形成局部真空。这种需要排油时无处可排,而需要被充油时,又无法补充的现象就叫做困油现象。

齿轮泵的困油现象有很大危害。由于油液的压缩性很小,而且困油区又是一个密封容积,所以被困油液受到挤压后,就从零件配合表面的缝隙中强行挤出,使齿轮和轴承受到很大的附加载荷,同时产生功率损失,还会使油温升高。当困油区容积变大时,困油区形成局部真空,液压油中的气体被析出,以及油液气化产生气泡,进入 液压系统,引起振动和噪声。此外,还使泵的流量减少,造成瞬时流量的波动性增加。

消除困油的方法,液压系统通常是在齿轮泵两侧盖板上开卸荷槽[见图1(d)所示],当困油区容积变小时,使困油容积与通向排油腔的卸荷槽相通,将困油区中的油液排出;当困油容积变大时,则通过另一卸荷槽,使困油容积与吸油腔相通,实现补油。

齿轮泵困油现象及消除方法

二、液压系统泄漏

外啮合齿轮高压腔的压力油通过三条途径泄漏到低压腔。

①轴向间隙泄漏。通过液压系统齿轮两端面和侧盖板之间的这种端面间隙的泄漏量最大,其泄漏量占总泄漏量的70%~80%,压力越高,泄漏就越严重,这是目前影响齿轮泵压力提高的主要原因。

②径向间隙泄漏。通过泵体内孔和齿顶圆间的径向间隙泄漏,其泄漏量占总泄漏量的15%~20%。

③齿轮啮合线处的间隙泄漏。这种泄漏量较小,因此,普通齿轮泵的容积效率较低,输出压力也不易提高,故齿轮泵一般用于低压系统。

在中高压齿轮泵中,为了减小轴向间隙泄漏,通常采用浮动轴套或弹性侧板对端面轴向间隙进行自动补偿。图2所示是采用浮动轴套的一种典型的结构。图中轴套1和2是浮动安装的,轴套的左侧容腔用特制的通道与泵的压油腔相通。当泵工作时,轴套1和2受左侧油压的作用右移,贴靠在齿轮的端面上,压力越高,贴的越紧,从而可以减小间隙并自动补偿端面磨损量。实践证明,这样能取得较好的效果。

轴向间隙补偿装置示意

三、液压系统径向不平衡力

在齿轮泵中,作用在齿轮外圆上的压力是不相等的,这是由于齿轮泵工作时,排油腔的油压高于吸油腔的油压,并且齿顶圆与泵体内表面之间存在径向间隙,油液会通过间隙泄漏,因此从排油腔起沿齿轮外缘至吸油腔的每一个齿间内的油压是不同的,压力依次递减,由此液体压力而产生径向不平衡力,工作压力越大,径向不平衡力也越大。此外,齿轮传递力矩时会产生径向力,困油现象也致使齿轮泵径向力不平衡现象加剧。

液压系统齿轮泵由于径向力不平衡,把齿轮压向一侧,使齿轮轴受到弯曲作用,降低轴承寿命,同时还会使吸油腔的齿轮径向间隙变小,从而使齿轮与泵体内腔产生摩擦或卡死,影响泵的正常工作。

为了减小径向不平衡力的影响,可采取缩小排油口的直径,使高压仅作用在一个齿到两个齿的范围内,这样压力油作用于齿轮上的面积缩小了,因此径向力也相应减小。有些齿轮泵采用开压力平衡槽的办法来解决径向力不平衡的问题。

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