3.1.3 液压泵和液压马达的基本参数

1.液压泵的基本参数

液压泵是输出液压能量的元件，压力p（国际单位为Pa）和流量q（国际单位为m3/s，工程中常用单位L/min，以下未注明均指国际单位制中的单位）是它的基本参数。

1）压力

（1）工作压力：液压泵实际工作时的压力。其大小取决于外负载，最大值取决于安全阀。

（2）额定压力：在正常工作条件下（按试验标准规定、保证一定的容积效率和使用寿命条件下）连续运转允许的最高压力。额定压力是液压泵（或液压马达）的一个重要指标参数。

（3）最大压力：指液压泵在短时间内超载所允许承受的极限压力，它取决于液压泵的密封性能，而密封性能与液压泵的形式、密封材料及其具体结构有关。最大压力也是液压泵或液压马达的一个指标参数。

2）排量和流量

液压泵排量V（m3/r）：指泵每转一转密封容积的变化量，即液压泵转一转所排出的液体体积），它的大小只取决于液压泵的结构参数。

流量分为实际流量、理论流量和额定流量。实际流量是指单位时间内液压泵实际排出的液体体积，用q表示。

其中

式中，q_t为理论流量，指单位时间内，由密封容腔几何尺寸变化而计算得到的排出的液体体积，即在无泄漏情况下单位时间内所能排出的液体体积；n为液压泵的转速（r/min）；V为液压泵的排量；η_v为液压泵的容积效率。

额定流量是指在正常工作条件下，按试验标准必须保证的流量，即在额定转速和额定压力下输出的流量。由于液压泵存在泄漏，因此液压泵的实际流量和额定流量都小于理论流量。

3）液压泵的效率和功率

（1）效率：液压泵的总效率η是输出功率P_o与输入功率_iP之比：

液压泵的效率由两部分构成：因内泄漏、气穴和油液在高压下的压缩而造成流量上的损失是容积损失，容积损失用容积效率η_v表示（实际输出流量和理论流量比值）；因摩擦而造成转矩上的损失是机械损失，机械损失用机械效率η_m表示（理论转矩与实际输入转矩的比值）。

式中，Δq为液压泵的泄漏量；T为驱动液压泵的实际输入转矩（N·m）；T_t为驱动液压泵的理论转矩（N·m）。

（2）输入功率_iP。

由式（3-3）可知

式中，p为液压泵输出压力；q为液压泵输出流量。

液压泵是由原动机驱动的，输入量是转矩和转速，输出量是液体的压力和流量。假设能量在转换过程中无损失，则输入给液压泵的机械能等于其输出的压力能。

将式（3-10）和式（3-11）代入式（3-9），可得

将式（3-12）代入式（3-6），可知液压泵的效率随外负载压力的变化而变化，其规律可用曲线表示，并称此曲线为液压泵的特性曲线。图3-2所示为CB-L型齿轮泵的特性曲线。

4）转速

（1）额定转速：保持液压泵在正常工作情况下（额定压力下）连续运转的最高转速。

（2）最高转速：在额定压力下，超过额定转速而允许短暂运行的最高转速。

额定转速和最高转速也是液压泵的基本参数。液压泵的正常工作条件是吸油腔要形成足够的真空度，同时在吸油口处要保证不产生空穴现象，使液体连续流动。为使吸油腔形成足够的真空度并保证一定的容积效率，液压泵的转速不能太低，为保证液体连续流动、不产生空穴现象并保证液压泵的一定使用寿命，泵的转速又不能太高。因此，要求齿轮泵的转速为300～3000r/min，叶片泵的转速为600～2800r/min，轴向柱塞泵的转速为600～7500r/min。

5）自吸能力

液压泵的自吸能力是指泵在额定转速下，从低于吸油口以下的开式油箱中自行吸油的能力。这种能力的大小，常以吸油高度或真空度表示。吸油高度是从泵吸油口中心线到油箱液面的距离。

液压泵自吸能力的实质是在泵的吸油腔形成局部真空时，油箱中的油液在大气压力作用下流入吸油腔的能力。液压泵吸油腔的真空度越大，则自吸能力就越强，但受气蚀条件的限制，各种液压泵的自吸能力是不同的，一般液压泵的吸油高度不超过500mm，有的液压泵则不能自吸。

2.液压马达的基本参数

液压马达的输入量是压力和流量，输出量是转矩T_M和转速n_M，这是它的主要性能参数。液压马达也有容积损失和机械损失，其中液压马达存在的泄漏使其理论流量q_Mt总小于实际输入流量q_M，而实际输出转矩T_M小于理论转矩T_Mt。

1）液压马达的输入功率P_Mi

式中，P_M为液压马达的输入压力（Pa）；q_M为液压马达的输入流量（m3/s）。

2）液压马达的输出功率P_Mo

式中，T_M为液压马达的输出转矩（N·m）；ω为液压马达的角速度（rad/s）；n_M为液压马达的转速（r/min）。

3）液压马达的总效率P_Mo

（1）液压马达的容积效率η_Mv。

式中，q_Mt为液压马达的理论流量（m3/s）；q_M为液压马达的实际输入流量（m3/s）。

其中，

式中，n_M为液压马达的转速（r/min）。

（2）液压马达的机械效率η_Mm。

其中，

式中，T_Mt为液压马达的理论输出转矩（N·m）；T_M为液压马达的实际输出转矩（N·m）；V_M为液压马达的排量（m3/s）；p_M为液压马达的输入压力（Pa）。

4）输出转矩

根据式（3-18）和式（3-19），液压马达的输出转矩为

式中，各参数的意义与式（3-18）和式（3-19）相同。

5）转速

液压马达在过高转速时，不仅要求有较高的背压，而且还会对液压系统造成压力脉动；在过低转速时，转矩和转速不仅有显著的不均匀，而且还会产生“爬行”现象。因此，常对液压马达规定最高转速和最低稳定转速。不同形式和排量的液压马达的最高转速和最低稳定转速不同。

轴向式液压马达一般是高速液压马达（稳定转速在500r/min以上），径向式液压马达一般是低速大转矩液压马达。它有单作用和多作用之分，单作用液压马达最低稳定转速为210r/min，多作用液压马达的最低稳定转速为0.2～0.5r/min。

液压马达的实际工作转速n_M由式（3-16）和式（3-17）计算：

式中，各参数的意义与式（3-16）和式（3-17）相同。