低速大扭矩液压马达启动特性探讨

　　0 引言

　　启动性能是液压马达的重要特性,世界各国学者从不同角度对液压马达的启动性能进行了理论分析和实验方法研究,研究结果各不相同,原因是对马达启动过程的模拟方法不同。实验和工程测试表明,液达马达启动的物理过程是,输入的压力能使马达产生理论瞬时扭矩,在此扭矩作用下马达内部的各摩擦副产生相对运动的微位移(几十微米),并使摩擦副内部的摩擦得以充分建立,产生稳定的摩擦扭矩;理论瞬时扭矩和摩擦扭矩损失之差即启动扭矩是驱动外负载工作时启动状态的输出扭矩。马达完成启动的物理过程时间很短,因此,将启动过程看作是微观的物理过程更符合马达的实际启动工作状态。

　　1 启动扭矩和理论瞬时扭矩及液压马达启动特性分析

　　1.1 启动扭矩

　　启动扭矩是指马达在油压作用下,从静止状态传动轴产生微转角,到马达内部摩擦副的摩擦特性充分建立后传动轴产生的实际输出扭矩^[1]。马达处于启动状态的动力学特征是:角速度ω≈0,运动件惯性力为零,摩擦为静摩擦,黏性摩擦损失扭矩为零,密封件(或弹性元件)的初始预紧力产生的摩擦扭矩损失小于1%,可忽略不计。影响启动扭矩的主要因素是理论瞬时扭矩的脉动和同压差有关的摩擦扭矩损失,即

　　式中,M₀为马达启动扭矩;M_t为马达理论瞬时扭矩;M_p为同压差有关的摩擦扭矩损失;m为处于高压区的摩擦副数量;λ_p为同压差有关的摩擦扭矩损失系数。

　　当理论瞬时扭矩有较大脉动时,启动前马达轴停留的相位角不同则产生的理论扭矩不同,这将直接影响启动扭矩的大小;λ_p同马达的结构型式、结构参数和静摩擦特性相关,减小λ_p的数值有利于提高启动扭矩、改善启动特性。

　　1.2 理论瞬时启动扭矩

　　理论瞬时启动扭矩是指没有能量损失条件下马达的输出扭矩,它是马达自身的固有特性,即

　　式中,Φ为相位角;Δp为马达压差;A_i为处于高压区的某个密封容积;n为处于高压区的柱塞数;V_s(Φ)为瞬时排量。

　　当输入压差Δp为常数时,马达的瞬时理论扭矩决定于瞬时排量是否脉动,若V_s(Φ)为常数,则扭矩无脉动,当V_s(Φ)脉动较大时,瞬时理论扭矩变化也较大,马达轴停留的相位角不同则输出的启动扭矩亦不同。

　　1.3 曲柄连杆式液压马达启动特性分析

　　本文研究的对象为2SJMD-100型低速大扭矩液压马达,其性能参数如下:理论排量V_t=3.14L/r,柱塞数Z=5,柱塞直径d=100mm,偏心距e=40mm,球直径d₁=80mm,转阀直径d₂=70mm,结构系数