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改變KCB大流量齒輪泵輸出流量的途徑
1 引言
在容積式液壓傳動中所用的各種液壓泵主要有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵三種，其中，KCB大流量齒輪泵是結構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中及在各類液壓機械及石化行業(yè)流體的輸送領域應用很廣。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KCB大流量齒輪泵，至今尚無可變量的產品問世。探索KCB大流量齒輪泵的變量方式，對于擴大KCB大流量齒輪泵的使用領域，很有現(xiàn)實意義。本文敘述的是解決變量的幾種途徑，可為變量KCB大流量齒輪泵的研究、開發(fā)提供參考。
2 KCB大流量齒輪泵實現(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)的兩齒輪式大流量齒輪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，由此構成的KCB大流量齒輪泵可以獲得兩種輸出排量。泊泰邦在原動機的轉速相同的情況下，若以小齒輪為主動輪，KCB大流量齒輪泵輸出的排量及流量較?。欢粢源簖X輪為主動輪時，該可輸出較大的排量。這樣，一臺KCB大流量齒輪泵可以提供兩種排量。根據(jù)KCB大流量齒輪泵的排量計算公式，這兩個排量之比等于大、小齒輪的齒數(shù)比（呈正比關系），此設想對于需要兩種流量的液壓設備來說，有一定的實際意義，但該KCB大流量齒輪泵的驅動系統(tǒng)比常規(guī)復雜些。
（2）多齒輪式采用三個或三個以上的齒輪構成多齒輪式大流量齒輪泵,從動齒輪均勻地分布于主動齒輪的周圍,可使這類KCB大流量齒輪泵得到多種排量，各排量既可分流輸出，以分別驅動不同的執(zhí)行機構,也可以合流輸出大排量，實現(xiàn)工作機構的快速運動。泵的殼體或前后端蓋上開有相應的幾個進油口與出油口,分別和吸油管及排油管相連接。這種多齒輪式大流量齒輪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KCB大流量齒輪泵的使用壽命。但這種KCB大流量齒輪泵的配油裝置比常規(guī)的兩齒輪式的復雜,特別是帶內齒輪的KCB大流量齒輪泵中內齒輪的設計、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)帶內齒圈式前蘇聯(lián)曾研究出了一種能均勻變量的KCB大流量齒輪泵，主動齒輪1與中間齒輪2(帶內齒圈的環(huán)形齒輪)相嚙合，從動輪3與2的內齒圈嚙合。齒輪3的輪軸位置可調，調節(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）轉動軸套式
我們知道，常規(guī)的兩齒輪式KCB大流量齒輪泵的泵殼內表面上，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))。有關文獻中提出了變密封區(qū)夾角的新構想：采用可轉動的軸套（其上開有分流槽），借助軸套的轉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動軸套的轉角成正比關系。
（3）變嚙合長度
由外嚙合漸開線KCB大流量齒輪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KCB大流量齒輪泵的輸出排量，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)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)KCB大流量齒輪泵的每個齒輪的幾何中心與其旋轉中心是重合的，有關文獻介紹了一種具有偏心支承齒輪副的外嚙合齒輪泵，即齒輪的幾何中心與其旋轉中心不重合，兩者間有一偏心距。這樣，在齒輪齒頂圓與泵體內壁之間就形成了一個月牙形的體積。當左邊齒輪轉過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)KCB大流量齒輪泵相比，在齒輪的結構尺寸相同的情況下，它每轉一周比傳統(tǒng)KCB大流量齒輪泵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)，作者設想，如果專門設計一個機構，使得旋轉軸的軸心與齒輪幾何中心間的偏心距能在一定范圍內調節(jié)，則可實現(xiàn)偏心泵的輸出排量的改變，成為變量KCB大流量齒輪泵。當然，在變量偏心KCB大流量齒輪泵的參數(shù)設計、吸排油腔的密封、噪聲、卸荷等方面有許多工作要做。
（5）變轉速
鑒于KCB大流量齒輪泵變量的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為主動輪的轉速，ηv為泵的容積效率),可見，通過提高或降低轉速，可改變KCB大流量齒輪泵的輸出流量。但轉速的提高除了受零件結構本身的限制外，還要防止當轉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*充滿整個齒間而導致容積效率下降、產生吸空、氣蝕現(xiàn)象。zui高允許轉速與工作油液的粘度有關，一般用限制齒輪頂圓的圓周速度的方法來確定zui高轉速。同樣，KCB大流量齒輪泵的轉速也不能太低，因為隨著轉速的降低，漏損便增大。當轉速低到排油量等于漏損量時，KCB大流量齒輪泵就根本不能排油了。一般情況下，實際轉速不能低于300r/min。由于KCB大流量齒輪泵一般都由電動機驅動，在考慮了上述的轉速限制條件的前提下，若采用變頻無級調速方式來控制常規(guī)的轉速，則可根據(jù)實際需要的流量大小來改變驅動電機或泵的轉速，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。變頻調速是我國重點推廣的*之一，在傳統(tǒng)KCB大流量齒輪泵的驅動系統(tǒng)上裝上變頻器，是實現(xiàn)變流量輸出的新的有效途徑。