大家好,欢迎来到液压贼船!
接触过液压的小伙伴们都知道:我们有很多方法可以供应液压系统所需的流量,除了柱塞泵和齿轮泵,螺杆泵等设计之外,叶片泵被也证明是一个不错的选择。
1、叶片的悠久历史
叶片泵自从1874年被发明并应用到现在,它的黄金时代早已经过去,但要说它的技术已经到头了,未来要灭亡了,我觉得可能还为时尚早。
叶片泵的类型有很多种,像平衡叶片泵,不平衡叶片泵,变量叶片泵,柔性叶片泵等等。
变量叶片泵的原理就是它允许凸轮环相对于旋转中心轴有一个径向偏移的设计,通过将压力补偿器连接到一侧,当压力增加到高于相对偏压活塞的弹簧力时,将会让凸轮环朝其旋转中心移动,从而有效地减少泵排量,实现叶片变量泵的功能。
在液压泵被发明的最初几十年里,由于技术限制,一般的液压系统无法在高于 150bar 的压力下运行。这种需求非常适合叶片泵的应用,所以它发展的非常迅速,占领了很大的应用领域,而且技术也不断进步。不过叶片泵也有自身天然的劣势,因为叶片泵的基本原理是叶片利用液压将自身推向凸轮环,以更有效地密封。然而随着压力的升高,作用在这些叶片上的力变得过大,从而增加了摩擦和磨损,使得它的压力提高变得很困难。
2、叶片泵的主要应用场景——机床
目前叶片泵的理想应用场景主要是机床等特定应用。压力补偿叶片泵在机床行业占据主导地位,它自身所具有的安静且高效的特点,能够在相对较低的压力下轻松操作卡爪或夹具等机床执行元件。
一直到今天,大多数的数控机床也依然都在使用叶片泵提供动力,而机床的高需求量也使得叶片泵保持了其经济的价格和快速的交货。
近些年技术和材料的进步帮助现代定量叶片泵实现了压力提升,能提供超过350bar 的性能。硬化钢、更严格的公差和叶片角度的节距相结合,使系统中的叶片泵具有了更高的耐用性。不过变排量技术在这些高压泵中的使用并不多。
大多数叶片泵价格适中,介于齿轮泵和柱塞泵之间,这弥补了经济型齿轮泵和昂贵的柱塞泵之间的差距。然而在大多数情况下,叶片泵的低噪音和略微提高的效率等有限的优势并没有使得它比齿轮泵有更大的亮点。因此,随着消费者倾向于低端系统的廉价齿轮泵和高端系统用柱塞泵的高性能优势,叶片泵的应用领域和范围仍在不断减弱。
即使如此,叶片泵并没有失去一切。除了锁定机床行业外,他们还比同行更适合其他一些细分市场领域。静压轴承使用液压来支撑大直径或高速轴承,提供润滑和液体轴承表面。高压定量叶片泵在某些应用中可提供高达 350bar 的压力,同时比柱塞泵更安静、更便宜,并且具有更好的耐污染性,这也提高了它的竞争性。
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3、变速电机+叶片泵组合
沉寂了很久之后,定量叶片泵最近又突然受到很多人的关注,因为叶片泵与电驱系统的变速驱动应用相结合了。我们都知道,电液集成泵有两种实现方式:变速电机+定量泵,或者变速电机+变量泵,这两种方式分别有各自的应用场景:
电机加变量柱塞泵虽然成本稍微高一些,但是可以集成泵的变量控制的优势。但是由于柱塞泵在500 rpm以下效率低,流量不稳定,所以当执行机构需要低速时是通过降低泵的排量来实现的。
而变速电机+定量泵系统可以使得成本降低更多,因为小的定量泵很便宜。它可以使用压力传感器来测量压力,然后PLC降低电动机的速度以精确匹配所需的输出压力。执行机构需要低速时,它可以直接降低电机的速度来降低泵的速度,从而减小输出的流量。而这个时候就需要叶片泵出场了。
叶片泵相对于柱塞泵和齿轮来说可以以更低的转速运行,其低转速下稳定运行的原因,主要包括其较为平稳的工作原理、较低的内部摩擦、较少的压力波动和较强的自适应能力。叶片泵的叶片设计使其在低转速时仍能维持较为均匀和稳定的流体流动,而不容易像齿轮泵和柱塞泵那样受到转速过低时脉动、压力不稳定等问题的影响。比如伊顿的VSQ系列静音叶片泵旨在为操作员提供 0~50 rpm 的最小速度范围,以减少能源消耗并提高注塑或金属成型等动态工业应用的效率。
叶片泵这一项古老的技术,本来只能守着自己的一亩三分地的应用,平淡地生活。谁知道却因为能适应电动的需求而又焕发了新的生机。正是有了类似这种技术的需求和支持,叶片泵就不太可能消失。