轴向全周期液压马达结构设计与控制研究

　　液压驱动具有功率重量比大和力(力矩)质量(惯量)比大的优点,适合大功率和大力(力矩)驱动,液压伺服控制能够实现高频响、宽调速和低稳定速率的性能。因此液压驱动及其伺服控制技术广泛应用于航空航天、舰船车辆、工程机械等领域^[1]。

　　常规的柱塞马达、叶片马达、齿轮马达等虽然可实现连续回转,但由于结构复杂、转动惯量大,存在转速和力矩脉动等缺点，不适合伺服驱动。在旋转运动的液压伺服驱动场合中通常采用摆动液压马达,例如在仿真转台、负载模拟器、机器人关节、舵机等应用中。现有的摆动液压马达的转角范围<360°，增加放大转角的传动机构会降低伺服控制性能。

　　1结构原理

　　本文研究的轴向串联式超全周摆动液压马达,如图1所示。

　　如图2、图3中,叶片3与定子1固联,叶片4 和叶片5固联,叶片6与轴2固联,分别形成四个油腔A、B、C、D,D 油腔进油形成高压油腔,推动叶片4和叶片5转动，进而使油腔B 进油形成高压油腔,推动叶片6转动,从而使轴2 相对于定子1转动。设叶片4相对与定子1的旋转角度为α₁, 则0°<α₁<360°; 转轴2相对于叶片5的旋转角度为α₂,则0°<α₂<360°;初级摆动马达排量为q₁,次级摆动马达排量为q₂;叶片4 相对与定子1的转速为ω₁,转轴2相对于叶片5 的转速为ω₂;3个通油油孔压力分别为p₁、p₂、p_k，转轴2 输出力矩为T;串联的两级摆动马达的连续流量为Q;油腔B、C连通所形成的密闭油腔的工作容积为V_k。

　　由于两级摆动马达旋转方向一致, 转轴2相对于初级定子1的转角为：

　　其中，0°<α<720°; 转轴2相对于初级定子1的转速为：

　　轴向串联式超全周摆动液压马达的排量q满足：

　　转轴2的输出力矩为：

　　其中

　　因此：

　　如果两级摆动马达的排量相同,即:q₁=q₂=q₀。由于串联关系其转角必定相同, 当两级摆动马达具有相同的、由机械结构所限定的最大转角m_ax(α₁)=m _ax(α₂)=α₀时,并且两级摆动马达能够同时达到该最大值，则必须使充满油液的工作容积为：V_k=α₀q₀,则此时转轴2 相对于初级定子1的转角最大值为2α₀，轴向串联式超全周摆动液压马达的排量由式(3)和q₁=q₂=q₀可得：