改變NYP高粘度保溫泵輸出流量的途徑
1、引言
在容積式液壓傳動(dòng)中所用的各種油泵主要有NYP高粘度保溫泵、葉片泵和柱塞泵三種,其中,NYP高粘度保溫泵是結(jié)構(gòu)zui簡單的一種,而且它的體積小、零件少（特別是要求高精度加工的零件較少）、重量輕、制造及維護(hù)方便、價(jià)格低,即便在較差的工況下也能可靠工作,因而在液壓傳動(dòng)與控制技術(shù)中及在各類液壓機(jī)械及石化行業(yè)流體的輸送領(lǐng)域應(yīng)用很廣。到目前為→止,葉片泵、柱塞泵都可制成多種形式的變量泵,惟有NYP高粘度保溫泵，至今尚無可變量的產(chǎn)品問世。探索NYP高粘度保溫泵的變量方式,對于擴(kuò)大使用領(lǐng)域,很有現(xiàn)實(shí)意義。本文敘述的是解決NYP高粘度保溫泵變量的幾種途徑,泊泰邦可為變量研究、開發(fā)提供參考。
2、NYP高粘度保溫泵實(shí)現(xiàn)變量的途徑
2.1有級變量方式
(1)兩齒輪式大家知道，常規(guī)的兩齒輪式高粘度保溫泵采用的是兩個(gè)具有相同參數(shù)的漸開線齒輪（即兩個(gè)齒輪的尺寸、大小*相同），若改變這兩個(gè)齒輪的齒數(shù)（齒輪的其它參數(shù)不變），使兩齒輪的大小不同，由此構(gòu)成的NYP高粘度保溫泵可以獲得兩種輸出排量。在原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相同的情況下，若以小齒輪為主動(dòng)輪，輸出的排量及流量較??；而若以大齒輪為主動(dòng)輪時(shí)，該NYP高粘度保溫泵可輸出較大的排量。這樣，一臺NYP高粘度保溫泵可以提供兩種排量。根據(jù)排量計(jì)算公式，這兩個(gè)排量之比等于大、小齒輪的齒數(shù)比（呈正比關(guān)系），此設(shè)想對于需要兩種流量的液壓設(shè)備來說，有一定的實(shí)際意義，但該NYP高粘度保溫泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)比常規(guī)復(fù)雜些。
（2）多齒輪式采用三個(gè)或三個(gè)以上的齒輪構(gòu)成多齒輪式高粘度保溫泵,從動(dòng)齒輪均勻地分布于主動(dòng)齒輪的周圍,可使這類NYP高粘度保溫泵得到多種排量,各排量既可分流輸出,以分別驅(qū)動(dòng)不同的執(zhí)行機(jī)構(gòu),也可以合流輸出大排量,實(shí)現(xiàn)工作機(jī)構(gòu)的快速運(yùn)動(dòng)。泵的殼體或前后端蓋上開有相應(yīng)的幾個(gè)進(jìn)油口與出油口,分別和吸油管及排油管相連接。這種多齒輪式高粘度保溫泵除了能獲得多種輸出排量外,另有一個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)是:由于各吸、排油口對稱布置,且從動(dòng)齒輪均勻分布,使液壓力及嚙合力達(dá)到平衡,從而減少了泵軸、軸承的負(fù)荷,提高了NYP高粘度保溫泵的使用壽命。但這種NYP高粘度保溫泵的配油裝置比常規(guī)的兩齒輪式的NYP高粘度保溫泵復(fù)雜,特別是帶內(nèi)齒輪的NYP高粘度保溫泵中內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)、加工較為困難,這些問題仍有待進(jìn)一步的研究。
2.2無級變量方式
(1)帶內(nèi)齒圈式前蘇聯(lián)曾研究出了一種能均勻變量的NYP高粘度保溫泵，主動(dòng)齒輪1與中間齒輪2(帶內(nèi)齒圈的環(huán)形齒輪)相嚙合，從動(dòng)輪3與2的內(nèi)齒圈嚙合。齒輪3的輪軸位置可調(diào)，調(diào)節(jié)齒輪3的軸位置（平面運(yùn)動(dòng)），可使泵的輸出排量在qmin～qmax之間均勻變化（對應(yīng)于從動(dòng)齒輪由虛線位置到實(shí)線位置的移動(dòng)，符號q代表泵的排量）。但中間齒輪2既要加工外齒又要加工內(nèi)齒，加工比較困難，而且在齒輪2的齒根部需要開徑向通孔，削弱了齒輪的強(qiáng)度。
（2）轉(zhuǎn)動(dòng)軸套式
我們知道，常規(guī)的兩齒輪式NYP高粘度保溫泵的泵殼內(nèi)表面上，高、低壓腔間的過渡密封區(qū)的夾角為φ≥360o/z(z為單個(gè)齒輪的齒數(shù))。有關(guān)文獻(xiàn)中提出了變密封區(qū)夾角的新構(gòu)想：采用可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸套（其上開有分流槽），借助軸套的轉(zhuǎn)動(dòng)來改變過渡密封區(qū)的夾角（使φ<360o/z），使得部分高壓油按一定規(guī)律流回吸油腔，從而實(shí)現(xiàn)泵的輸出流量的無級變化，而且泵的出口流量與轉(zhuǎn)動(dòng)軸套的轉(zhuǎn)角成正比關(guān)系。
（3）變嚙合長度
由外嚙合漸開線NYP高粘度保溫泵的輸出排量的計(jì)算公式：q=2πKzLm2可知（式中，z、m為齒輪的齒數(shù)與模數(shù)，L為齒輪上齒寬方向的嚙合長度，L=B,B為齒輪寬度，K為補(bǔ)償系數(shù)，K=1.06～1.115），排量q與z、L、m2成正比，對于加工好了的齒輪，其齒數(shù)、模數(shù)是確定的，因此通過改變嚙合長度L可以改變NYP高粘度保溫泵的輸出排量，具體可通過手動(dòng)或自動(dòng)方式軸向移動(dòng)從動(dòng)齒輪的位置來改變兩齒輪的軸向嚙合長度，從而實(shí)現(xiàn)NYP高粘度保溫泵輸出流量的線性變化。顯然zui大嚙合長度Lmax=B,而zui小嚙合長度受泵的容積效率及齒輪強(qiáng)度、剛度的限制，一般取Lmin≥B/3,所以zui大排量與zui小排量之比可達(dá)qmax/qmin=3
(4)變軸心位置
傳統(tǒng)NYP高粘度保溫泵的每個(gè)齒輪的幾何中心與其旋轉(zhuǎn)中心是重合的,有關(guān)文獻(xiàn)介紹了一種具有偏心支承齒輪副的外嚙合高粘度保溫泵,即齒輪的幾何中心與其旋轉(zhuǎn)中心不重合,兩者間有一偏心距。這樣,在齒輪齒頂圓與泵體內(nèi)壁之間就形成了一個(gè)月牙形的體積。當(dāng)左邊齒輪轉(zhuǎn)過180o角時(shí),這個(gè)月牙形體積就出現(xiàn)在右邊齒輪處。因此與傳統(tǒng)NYP高粘度保溫泵相比,在齒輪的結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下,它每轉(zhuǎn)一周比傳統(tǒng)NYP高粘度保溫泵多輸出兩個(gè)月牙形體積的流量（一般可多輸出40%～60%）。但文中所述偏心泵的偏心距是固定的,旋轉(zhuǎn)軸的位置也是固定的,所以其輸出流量是一定的,也就是說,它屬于定量泵范疇。受該文啟發(fā),作者設(shè)想,如果專門設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)構(gòu),使得旋轉(zhuǎn)軸的軸心與齒輪幾何中心間的偏心距能在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié),則可實(shí)現(xiàn)偏心泵的輸出排量的改變,成為變量NYP高粘度保溫泵。當(dāng)然,在變量偏心NYP高粘度保溫泵的參數(shù)設(shè)計(jì)、吸排油腔的密封、噪聲、卸荷等方面有許多工作要做。
（5）變轉(zhuǎn)速
鑒于NYP高粘度保溫泵變量的zui終目的，是實(shí)現(xiàn)多種供油流量輸出，根據(jù)液壓泵的輸出流量Q=qn.ηv(q為排量，n為主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速，ηv為泵的容積效率),可見，通過提高或降低轉(zhuǎn)速，可改變NYP高粘度保溫泵的輸出流量。但轉(zhuǎn)速的提高除了受零件結(jié)構(gòu)本身的限制外，還要防止當(dāng)轉(zhuǎn)速提高后因油液的離心力加大，油液來不及從吸油口進(jìn)入或不能*充滿整個(gè)齒間而導(dǎo)致容積效率下降、產(chǎn)生吸空、氣蝕現(xiàn)象。zui高允許轉(zhuǎn)速與工作油液的粘度有關(guān)，一般用限制齒輪頂圓的圓周速度的方法來確定zui高轉(zhuǎn)速。同樣，NYP高粘度保溫泵的轉(zhuǎn)速也不能太低，因?yàn)殡S著轉(zhuǎn)速的降低，漏損便增大。當(dāng)轉(zhuǎn)速低到排油量等于漏損量時(shí)，NYP高粘度保溫泵就根本不能排油了。一般情況下，實(shí)際NYP高粘度保溫泵的轉(zhuǎn)速不能低于300r/min。由于一般都由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，在考慮了上述的轉(zhuǎn)速限制條件的前提下，若采用變頻無級調(diào)速方式來控制常規(guī)NYP高粘度保溫泵的轉(zhuǎn)速，則可根據(jù)實(shí)際需要的流量大小來改變驅(qū)動(dòng)電機(jī)或泵的轉(zhuǎn)速，既實(shí)現(xiàn)了變輸出流量的要求，又節(jié)約了能量，提高了整機(jī)的運(yùn)行效率。變頻調(diào)速是我國重點(diǎn)推廣的*之一，在傳統(tǒng)NYP高粘度保溫泵的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)上裝上變頻器，是實(shí)現(xiàn)NYP高粘度保溫泵變流量輸出的新的有效途徑。
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