小型挖掘机上的柱塞泵是怎么运作的?

发布时间:2025-07-21访客:25

在小型挖掘机的液压系统中,柱塞泵是核心动力元件,负责将发动机的机械能转化为液压能,为动臂、斗杆、铲斗等执行机构提供高压油液。其运作原理基于 “容积变化” 实现吸油和压油,具体过程可拆解为结构组成工作循环两部分,以下是详细说明:

一、小型挖掘机柱塞泵的核心结构

小型挖掘机常用轴向柱塞泵(柱塞中心线与缸体轴线平行),主要由以下关键部件组成:


  • 缸体:绕自身轴线旋转的圆柱体,内部均匀分布多个轴向柱塞孔(数量通常为 7-9 个),是柱塞运动的 “轨道”。

  • 柱塞:圆柱形金属杆,可在缸体的柱塞孔内往复滑动,一端与斜盘接触,另一端通过柱塞孔与油腔连通。

  • 斜盘:固定或可摆动的圆盘(与缸体轴线成一定夹角),是驱动柱塞往复运动的 “凸轮”。

  • 配油盘:固定在泵体上的圆盘,与缸体端面紧密贴合,表面开有两个腰形槽 ——吸油窗口(连通油箱)和压油窗口(连通液压系统),用于控制油液的吸入和排出。

  • 变量机构:小型挖掘机多采用 “变量柱塞泵”,通过调节斜盘的倾斜角度(如通过液压油缸或机械杠杆),改变柱塞的行程,从而调节输出流量(适应不同负载需求)。

二、运作原理:吸油 - 压油的循环过程

柱塞泵的运作核心是缸体旋转带动柱塞往复运动,通过容积变化完成吸油和压油,具体步骤如下:

1. 缸体旋转,驱动柱塞运动

发动机通过传动轴带动缸体旋转,缸体内的柱塞因一端与斜盘接触,会随缸体旋转而沿斜盘表面滑动。由于斜盘与缸体轴线有夹角(假设初始角度为 θ),柱塞在旋转过程中会被迫在柱塞孔内做 “伸出 - 缩回” 的往复运动:


  • 当柱塞转到斜盘最低处时,柱塞被斜盘 “顶出”,柱塞在柱塞孔内的长度最长(柱塞孔内的油腔容积最小)。

  • 当柱塞转到斜盘最高处时,柱塞在自身重力或弹簧力(部分泵设计)作用下 “缩回”,柱塞孔内的油腔容积最大。

2. 吸油过程:容积增大,负压吸油

当柱塞从斜盘最低处向最高处转动时(即柱塞逐渐缩回):


  • 柱塞孔内的油腔容积由小变大,形成局部负压。

  • 此时,缸体上的柱塞孔恰好与配油盘的吸油窗口对齐,油箱内的液压油在大气压作用下,通过吸油窗口被 “吸入” 柱塞孔的油腔中,完成吸油。

3. 压油过程:容积减小,高压排油

当柱塞从斜盘最高处向最低处转动时(即柱塞逐渐被顶出):


  • 柱塞孔内的油腔容积由大变小,油液被柱塞挤压,压力升高。

  • 此时,缸体上的柱塞孔恰好与配油盘的压油窗口对齐,高压油液通过压油窗口被 “排出” 到液压系统(如油缸、马达),驱动挖掘机动作,完成压油。

4. 持续循环:流量与压力的稳定输出

缸体持续旋转时,每个柱塞会依次经过 “吸油窗口→压油窗口→吸油窗口” 的循环,不断重复吸油和压油过程。由于多个柱塞交替工作(总有部分柱塞在吸油,部分在压油),液压系统能获得连续、稳定的高压油液输出

小型挖掘机中的柱塞泵工作原理.gif

三、变量调节:适应不同工况的关键

小型挖掘机的负载(如挖掘硬土、抬升重物)会实时变化,柱塞泵通过改变斜盘倾斜角度调节输出流量:


  • 当斜盘角度 θ 增大时:柱塞的往复行程变长,每个循环的吸 / 排油量增加,泵的输出流量增大(适应大负载动作,如挖掘)。

  • 当斜盘角度 θ 减小时:柱塞行程变短,输出流量减小(适应轻负载动作,如小臂微调)。

  • 若斜盘角度为 0°:柱塞无往复运动,泵停止输出油液(实现 “卸荷”,节能)。

四、运作中的核心要求

  • 密封性能:柱塞与缸体、缸体与配油盘的配合间隙极小(通常几微米),需依赖液压油的油膜密封,否则会因内漏导致效率下降。

  • 油液清洁度:高压下,油液中的杂质会快速磨损柱塞、缸体等精密部件,因此需严格过滤液压油(通常用 10μm 级滤芯)。

  • 润滑与冷却:液压油同时承担润滑(减少柱塞与缸体的摩擦)和冷却(带走摩擦产生的热量)作用,需保证油位和油液黏度正常。


综上,小型挖掘机的柱塞泵通过 “旋转驱动往复运动→容积变化吸排油→变量调节适应负载” 的逻辑,为液压系统提供高效、可控的动力,是挖掘机灵活作业的 “心脏”。


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