连续回转电液伺服马达泄漏特性的研究

　　0 前言

　　具有良好的超低速、高频响、宽调速、高精度性能的电液伺服系统是高性能仿真转台的必备条件^[1],而作为驱动装置,连续回转电液伺服马达的低速性能是其最关键的技术指标之一。影响连续回转电液伺服马达低速性能的因素包括马达的摩擦与泄漏特性、伺服阀的分辨率、负载的摩擦特性及油源的压力脉动等,其中最主要的因素是摩擦转矩干扰及泄漏特性。摩擦力不仅影响系统的动静态特性,而且在速度很低时,存在摩擦力非线性负斜度的情况,使系统产生低速脉动及爬行现象^[2-3]。另外,马达的泄漏降低了系统的刚度,增强了摩擦力矩对马达低速性的干扰,使系统在低速运行时的抗干扰能力降低,因此研究马达的泄漏特性成为一个重要的课题。

　　为了改善连续回转电液伺服马达的超低速性能,笔者分析了产生内泄漏的原因,建立了系统的数学模型,通过泄漏实验,确定了泄漏系数的变化规律,并进行摩擦及泄漏综合补偿的仿真研究,为新型连续回转电液伺服马达的研究奠定基础。

　　1 工作原理

　　图1 连续回转电液伺服马达工作原理图如图1所示,由液压泵供给的压力油经电液伺服阀流到配油盘径向对称布置的进油口1、2,高压油作用在进油区叶片上产生力矩,并通过叶片推动转子旋转,当叶片运行在定子工作区时,叶片根部油腔油液的压力由减压阀进行调控,保证叶片顶部与定子内曲面的可靠密封,如虚线所示;当叶片运行到定子过渡区(定子内曲线过渡段)时,叶片根部油腔和顶部工作腔油液通过特定的配流机构连通。

　　2 内泄漏分析

　　为了保证叶片式连续回转马达的灵活运转,各相对滑动表面之间要有一定的间隙,当这些间隙处于高、低压腔之间的压力差的作用下,必然会产生内部泄漏,主要包括叶片顶部与定子内表面之间的泄漏;叶片端面与配流盘工作面之间的泄漏;叶片与叶片槽之间的配合间隙的泄漏;转子端面与配流盘工作面之间的泄漏。外泄漏以及转子端面与配流盘工作面之间的内泄漏较为复杂,不予考虑。

　　在马达运转过程中,其内外泄漏量是时变的量,泄漏量的大小会随着马达叶片在定子内曲面上滑行位置的变化而变化,当马达在超低速运行时,伺服阀开口很小,流过阀口的液压流量很小,如若马达内泄漏流量与之相比较大,则对马达的低速性能极为不利。因此为了改善马达的低速性能,马达采用端面配流方式,将配流盘与端盖一体化设计,提高配流盘的刚性,要减小配流盘在压力作用下的变形,保持转子和叶片端面与配流盘之间的间隙恒定,不因压力的变化使其间隙发生变化而引起泄漏量的变化,另外要采取配磨的工艺使间隙控制在较小的数值上。叶片和叶片槽之间的配合间隙在工艺上采用研配的方法实现。转子、配流盘和叶片的配合表面应具有严格的表面粗糙度和形位公差要求。