改變RYB軸頭油泵輸出流量的途徑
1 引言
在容積式液壓傳動中所用的各種液壓泵主要有RYB軸頭油泵、葉片泵和柱塞泵三種,其中,RYB軸頭油泵是結(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、制造及維護方便、價格低,即便在較差的工況下也能可靠工作,因而在液壓傳動與控制技術(shù)中及在各類液壓機械及石化行業(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RYB軸頭油泵,至今尚無可變量的產(chǎn)品問世。探索RYB軸頭油泵的變量方式,泊泰邦對于擴大使用領(lǐng)域,很有現(xiàn)實意義。本文敘述的是解決RYB軸頭油泵變量的幾種途徑,可為變量研究、開發(fā)提供參考。
2 RYB軸頭油泵實現(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)的兩齒輪式軸頭油泵采用的是兩個具有相同參數(shù)的漸開線齒輪（即兩個齒輪的尺寸、大小*相同），若改變這兩個齒輪的齒數(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RYB軸頭油泵可以獲得兩種輸出排量。在原動機的轉(zhuǎn)速相同的情況下，若以小齒輪為主動輪，輸出的排量及流量較小；而若以大齒輪為主動輪時，該RYB軸頭油泵可輸出較大的排量。這樣，一臺RYB軸頭油泵可以提供兩種排量。根據(jù)RYB軸頭油泵的排量計算公式，這兩個排量之比等于大、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，有一定的實際意義，但該RYB軸頭油泵的驅(qū)動系統(tǒng)比常規(guī)復(fù)雜些。
（2）多齒輪式采用三個或三個以上的齒輪構(gòu)成多齒輪式軸頭油泵，從動齒輪均勻地分布于主動齒輪的周圍,可使這類RYB軸頭油泵得到多種排量,各排量既可分流輸出,以分別驅(qū)動不同的執(zhí)行機構(gòu),也可以合流輸出大排量,實現(xiàn)工作機構(gòu)的快速運動。泵的殼體或前后端蓋上開有相應(yīng)的幾個進油口與出油口,分別和吸油管及排油管相連接。這種多齒輪式軸頭油泵除了能獲得多種輸出排量外,另有一個顯著的優(yōu)點是:由于各吸、排油口對稱布置,且從動齒輪均勻分布,使液壓力及嚙合力達到平衡,從而減少了泵軸、軸承的負荷,提高了RYB軸頭油泵的使用壽命。但這種RYB軸頭油泵的配油裝置比常規(guī)的兩齒輪式的RYB軸頭油泵復(fù)雜,特別是帶內(nèi)齒輪的RYB軸頭油泵中內(nèi)齒輪的設(shè)計、加工較為困難,這些問題仍有待進一步的研究。
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RYB軸頭油泵,主動齒輪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（平面運動）,可使泵的輸出排量在qmin～qmax之間均勻變化（對應(yīng)于從動齒輪由虛線位置到實線位置的移動,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,削弱了齒輪的強度。
（2）轉(zhuǎn)動軸套式
我們知道，常規(guī)的兩齒輪式軸頭油泵的泵殼內(nèi)表面上，高、低壓腔間的過渡密封區(qū)的夾角為φ≥360o/z(z為單個齒輪的齒數(shù))。有關(guān)文獻中提出了變密封區(qū)夾角的新構(gòu)想：采用可轉(zhuǎn)動的軸套（其上開有分流槽），借助軸套的轉(zhuǎn)動來改變過渡密封區(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RYB軸頭油泵的輸出排量的計算公式：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RYB軸頭油泵的輸出排量，具體可通過手動或自動方式軸向移動從動齒輪的位置來改變兩齒輪的軸向嚙合長度，從而實現(xiàn)RYB軸頭油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qmax/qmin=3
(4)變軸心位置
傳統(tǒng)RYB軸頭油泵的每個齒輪的幾何中心與其旋轉(zhuǎn)中心是重合的,有關(guān)文獻介紹了一種具有偏心支承齒輪副的外嚙合軸頭油泵,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月牙形的體積。當(dāng)左邊齒輪轉(zhuǎn)過180o角時,這個月牙形體積就出現(xiàn)在右邊齒輪處。因此與傳統(tǒng)RYB軸頭油泵相比,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)多輸出兩個月牙形體積的流量（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)計一個機構(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),則可實現(xiàn)偏心泵的輸出排量的改變,成為變量RYB軸頭油泵。當(dāng)然,在變量偏心RYB軸頭油泵的參數(shù)設(shè)計、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RYB軸頭油泵變量的zui終目的，是實現(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RYB軸頭油泵的輸出流量。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入或不能*充滿整個齒間而導(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，RYB軸頭油泵的轉(zhuǎn)速也不能太低，因為隨著轉(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，RYB軸頭油泵就根本不能排油了。一般情況下，實際RYB軸頭油泵的轉(zhuǎn)速不能低于300r/min。由于一般都由電動機驅(qū)動，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)RYB軸頭油泵的轉(zhuǎn)速，則可根據(jù)實際需要的流量大小來改變驅(qū)動電機或泵的轉(zhuǎn)速，既實現(xiàn)了變輸出流量的要求，又節(jié)約了能量，提高了整機的運行效率。變頻調(diào)速是我國重點推廣的*之一，在傳統(tǒng)RYB軸頭油泵的驅(qū)動系統(tǒng)上裝上變頻器，是實現(xiàn)變流量輸出的新的有效途徑。
