斜盘柱塞式液压变压器的扭矩特性

　　液压变压器是一种能够在液压系统中实现压力转换的液压元件，它是随着恒压网络二次调节技术的发展而产生的. 斜盘柱塞式液压变压器是将液压泵和液压马达的功能集成于一体设计而成的^[1]，具有结构简单、体积小、效率高、惯性小、动态响应快的优点，在液压系统中可以无节流损失地控制负载运动，并可对负载的能量进行回收再利用，应用前景十分广阔，文献[2-4]中做了相应的应用研究，如应用在混合动力轿车上和恒压网络挖掘机上.

　　1997 年荷兰的Innas 公司和Noax 公司联合提出新型液压变压器的设计概念，并制造出了第一台液压变压器样机^[5]. 该液压变压器将液压泵和液压马达的功能集为一身，是一种独立的液压元件，从而简化了液压变压器的结构^[6]，韩国的Hung 等^[7]也在积极地对其进行研究. 国内对新型液压变压器的研究还处于起步阶段，主要是一些高校在进行理论研究. 浙江大学研制了手动式新型液压变压器原理样机^[8-9]，哈尔滨工业大学研制了电控斜轴柱塞式液压变压器^[10-11]，它们都是在斜轴式液压马达的基础上改造得来的. 以上研究主要着重于系统仿真及控制方面的工作，即液压变压器的应用研究. 由于液压变压器是一种新型元件，目前对液压变压器元件本身的研究较少. 荆崇波等^[12]对液压变压器的效率特性进行了分析，但目前未见有关液压变压器扭矩特性的报道. 文中对斜盘柱塞式液压变压器的扭矩特性进行了研究，建立了液压变压器扭矩特性的数学模型并进行了仿真，同时分析了其扭矩跳动情况，以期为液压变压器的设计提供理论指导.

　　1 斜盘柱塞式液压变压器的工作原理

　　斜盘柱塞式液压变压器是基于斜盘柱塞式液压元件设计得来的，其受力分析如图1 所示^[13].

　　结合图1 进行分析，由于柱塞腔中充有压力油，压力油产生的推力把柱塞压向斜盘，斜盘产生一个垂直于斜盘的力FN. 将该力正交分解为水平力和垂直力，水平力的大小等于柱塞腔内压力油与柱塞面积的乘积，即

式中，d 是柱塞直径，p_i是对应的柱塞腔内的油液的压力，i 是柱塞编号.斜盘的倾角为κ，从而得到垂直分力的大小为

　　水平方向的分力与缸体平行，所以不产生对缸体的转矩，只有垂直方向的分力产生对缸体的驱动扭矩. 结合图1，当柱塞转过一个角度时，单个柱塞产生的对缸体的扭矩为

式中，R 是柱塞的分布圆半径，ψ 是柱塞中心点相对上下死点连线转过的角度，Ti是编号为i 的柱塞产生的扭矩.