2.2.3　叶片泵定子曲线

(1)定子曲线

定子曲线如图2⁃19所示。它由两段大半径为R的圆弧b₁b₂和两段小半径为r的圆弧a₁a₂,以及圆弧间的四段过渡曲线b₁a₂和a₁b₂组成。理想的过渡曲线应保证叶片在转子槽中滑动时径向速度和加速度变化均匀,并且应使叶片在过渡曲线和圆弧交接点处的加速度突变较小,叶片顶部与定子内表面不产生脱空(叶片顶部短时间与定子内表面不接触),从而保证叶片对定子表面的冲击尽可能地小,对定子的磨损小,瞬时流量脉动小。

目前定子的过渡曲线有阿基米德螺线、等加速⁃等减速曲线等。

当采用阿基米德螺线时,由于叶片滑过过渡曲面的径向速度为常量,径向加速度为零,因此泵的瞬时流量脉动很小,但在过渡曲线与圆弧面连接处速度发生突然变化,从理论上认为加速度趋于无穷大,因此会造成叶片对定子的很大冲击——硬性冲击,使在连接处产生严重磨损和噪声,故近些年来很少采用。

双作用叶片泵的定子过渡曲线采用等加速⁃等减速曲线时,如图2⁃20所示。曲线的极坐标方程为

ρ=r+θ2　(0<θ<α/2)(2⁃14)

ρ=2r-R+　(α/2<θ<α)(2⁃15)

式中　ρ——过渡曲线的极半径;

　　R, r——圆弧部分的大半径和小半径;

　　θ——极径的坐标极角;

　　α——过渡曲线的中心角。

由式(2⁃14)和式(2⁃15)得出叶片的径向速度和径向加速度,如图2⁃21所示。从图中可以看出,当0<θ<α/2时,叶片的径向运动为等加速;当α/2<θ<α时,叶片的径向运动为等减速。在θ=0,θ=α/2,θ=α处,叶片运动的加速度仍有突变,但突变值远比阿基米德螺线小,所产生的是柔性冲击。柔性冲击所引起的惯性力和造成定子的磨损比硬性冲击小得多。所以我国设计的YB型双作用叶片泵定子过渡曲线采用等加速⁃等减速曲线。目前在国外有些叶片泵的定子采用高次曲线,它能充分满足叶片泵对定子曲线径向速度、加速度和加速度变化率特性的要求,为高性能、低噪声、高寿命的叶片泵广泛采用。

(2)配油盘

双作用叶片泵的配油盘如图2⁃22所示,吸油窗口和排油窗口之间为封油区,为保证吸油腔和排油腔可靠隔开,通常应使封油区对应的中心角β稍大于或等于两个叶片之间的夹角。当叶片间的工作腔从吸油区过渡到封油区(大半径圆弧处)时,其油液压力基本上与吸油压力相同,但当转子再继续旋转一个微小角度时,使该密封腔突然与排油腔相通,使其中油液压力突然升高,油液的体积突然被压缩,排油腔中的高压油瞬间倒流进该腔,产生很大的压力冲击,引起液压泵的压力脉动和噪声。为此在定子过渡曲线变化角α的范围内设置有预升压闭死角Δφ,同时在配油盘的排油窗口端部开有减振槽,使两叶片之间的封闭油液在未进入排油区之前就通过该减振槽与排油腔的压力油相通,和机械闭死压缩共同作用,使其压力逐渐上升到排油压力后再和排油腔接通,减小配油时的压力冲击,减缓压力脉动,降低噪声。最常用的减振槽结构是截面形状为三角形的三角槽。另外,为防止处于排油区的叶片发生脱空现象,将配油盘上用于把叶片底部和输出压力沟通的环形槽分隔为两部分,在两者之间开一个节流槽。叶片做向心运动时,其底部所排出的油液通过节流槽的作用排出,油压可略高于叶片顶部压力,有利于防止叶片的脱空。

(3)叶片倾角

叶片在转子中放置时应当有利于叶片在转子的槽中滑动,并且叶片对定子及转子槽的磨损要小。叶片在工作过程中,受到离心力和叶片底部压力油的作用,使叶片紧密地与定子接触。设当叶片转至压油区时,定子内表面给叶片顶部反作用力为F_N,其方向为沿定子内表面曲线的法向,该力可分解为两个力,即与叶片垂直的力F_T和沿叶片槽方向的力F,如图2⁃23所示。其中F_T力的作用使叶片与转子槽侧壁产生很大的摩擦力,并且容易使叶片折断。F_T力的大小取决于压力角β(即作用力F_N方向与叶片运动方向的夹角)的大小,压力角越大则F_T力越大。当转子槽按旋转方向倾斜α角时,可使原径向排置叶片的压力角β减小为β',这样就可以减小与叶片垂直的力F_T,使叶片在转子槽中移动灵活,减少磨损。由于不同转角处的定子曲线的法线方向不同,由理论和实践得出,一般叶片倾角α为10°~14°。