f.叶片与定子内表面的磨损及对策 由于双作用叶片泵定子内表面的矢径变化梯度比较大,要求在吸油区段的叶片具有更大的径向加速度才能确保其外端不脱空,然而由于运动摩擦力等的影响,仅靠叶片本身的离心力往往无法满足要求,故这种泵通常都使叶片槽底通过配流盘上开设的环形槽始终与泵的压油腔相连。如图3—6所示,环形槽a通过配流盘背面的沟槽(虚线所示)和压油区接通,环形槽的位置与转子的叶片槽底部相对应,从而将高压油引入所有叶片槽底部,借助液压力可使位于吸油区的叶片快速伸出。
对于工作压力较高的泵而言,处于压油区的叶片顶部和底部的液压作用力可基本平衡。但引入吸油区叶片槽底部的液压力却又显著超过了使叶片伸出所需要的力,造成在此区段中的叶片与定子内表面的接触应力过大,致使摩擦阻力增加,机械效率下降,接触面磨损加剧(在吸油段终点附近尤甚),严重时还会因端部所受切线方向的阻力太大而导致叶片外伸部分折断。因此对于高压双作用叶片泵需要对作用在叶片底部的外推力进行补偿(中低压泵一般无此必要)。
叶片处于吸油区时,叶片底部压力油作用的外推力F的大小为
F=pA (3-1)
式中 p——叶片根部的油液压力;
A——叶片根部有效受压面积。
对作用在叶片底部的外推力进行补偿的原理大体上有两类:一是设法将吸油区叶片槽底部的压力p降到合理的数值;二是采用特殊叶片结构设法减少叶片底部的有效受压面积A。也可以用内置弹簧力取代液压力外推叶片。具体措施如下。
i.减压引油方式 图H所示为附设定值减压阀和采用浮动配流盘的叶片泵。泵的压油腔经泵内附设的定值减压阀6降低压力后引入吸油区叶片槽底部,从而减小叶片2对定子1的作用力。此法有可能达到优化的推力值。但减压阀不仅复杂价昂,而且自身要消耗一部分输出流量,致使泵的容积效率降低;而简单的节流槽又难以完全满足压力分布的要求,故目前已很少采用。
ii.采用特殊叶片结构常用的特殊叶片结构有双叶片结构、子母叶片结构、阶梯叶片结构等。
图I所示为双叶片结构,两块顶端制成圆角斜面、相向叠合的一对叶片2,两个小叶片顶端和滑道所形成的三角形腔室4通过叠合面上的沟槽5与叶片槽底6相连,把与叶片槽底相通的排油腔中的压力引入这一小室,从而在叶片顶端与滑道之间构成一个不完全卸荷的静压轴承。这种方式的优点是具有与工作压力成比例的补偿效应;由于叶片顶端在滑道面上形成了两道密封线而进一步减小了泄漏。缺点是难以保证叶片的强度;引入叶片叠合面间的高压油产生的力将大于渗入叶片及转子槽间油液的压紧力,其差值产生的撑开力会加剧叶片和转子槽的磨损。此结构较适用于大规格的叶片泵。
子母叶片结构如图J所示,在转子叶片槽中装有各叶片下部制成中间分开的子叶片7和母叶片3,子母叶片能自由地相对滑动。转子1上的压力平衡孔6使母叶片的头部和底部液压相等。泵的压油压力经过配流盘、转子槽通到子母叶片之间的中间压力腔5。如不考虑离心力、惯性力,叶片作用在定子上的推力为
F=(p2–p1)bt (3-2)
阶梯叶片结构如图K所示,叶片沿厚度方向分割成阶梯形状,转子上的叶片槽也做成相应的形状,它们之间的中间油腔经配流盘上的槽与压力油相通,设在转子上的压力平衡油道把叶片顶部的油压引入叶片底部。与母子叶片结构相似,在压力油引人中间油腔之前,设置节流阻尼,使叶片向内缩时此腔保持足够的压力,保证叶片紧贴定子内表面。此种结构的叶片槽形状较复杂,工艺性较差。
iii.弹簧加压如图L所示,在转子槽底部预设了几根压缩弹簧(圆柱弹簧或燕形弹簧)帮助叶片外伸,当槽底与同相位的配流窗口连接时,叶片端部对滑道的压紧力仅取决于泵的转速及接触位置的矢径值,而与工作压力无关。此结构的优点还在于叶片的运动不会影响泵的瞬时排量。缺点是需在转子槽底部钻孔,对强度有不利影响,同时也常常难以满足对弹簧疲劳强度的要求。