一种数字配流与调速式低速大扭矩液压马达

　　0 引言

　　从20世纪80年代以来,低速大扭矩液压马达作为一种液压执行元件在国内外的发展较快^[1,2],尤其是径向柱塞式低速大扭矩液压马达较之其它类型的液压马达,因为其具有的低速大扭矩和无需减速装置以及结构相对简单、工艺性良好和使用可靠的特点,在冶金机械、矿山机械、起重运输机械、建筑机械、船舶甲板机械和军事装备上获得了广泛应用。

　　对于低速大扭矩液压马达而言,配流机构是决定其性能的关键之一。目前多采用轴配流机构和端面配流机构两种主要形式。轴配流机构和端面配流机构结构复杂、尺寸精度高、机械加工难度大和泄漏损失大;另外,此两种配流机构都属于机械位置控制配流,因而使得这种低速大扭矩液压马达的控制与调节性能差,更不能实现计算机的数字控制而满足更高程度的要求^[3-5]。为此,笔者提出了一种以高速开关阀组取代传统配流机构的新型低速大扭矩液压马达,借助于数字控制技术,实现液压马达的数字式配流与调速,从根本上克服机械位置控制配流式这一传统型低速大扭矩液压马达的固有缺点,改善其控制与调节特性,增大其控制的灵活性和应用范围。

　　1 低速大扭矩液压马达及配流机构

　　1.1 低速大扭矩液压马达

　　目前,低速大扭矩液压马达品种规格繁多,但应用较多的则是曲轴连杆径向柱塞式低速大扭矩液压马达、多作用内曲线径向柱塞式低速大扭矩液压马达和静力平衡径向柱塞式低速大扭矩液压马达。其中的曲轴连杆径向柱塞式低速大扭矩液压马达属于单作用、径向柱塞式,按曲轴连杆机构的原理进行工作,国外又称为斯达发(Staffa)马达^[1]。由于它结构简单、性能可靠、价格便宜,现已成为世界上生产量最多,主机应用最为广泛的一种低速大扭矩液压马达。图1为曲轴连杆径向柱塞式低速大扭矩液压马达的结构原理图。

　　本文所提出的新型低速大扭矩液压马达正是基于图1所示的结构。液压马达的柱塞数为5个。按逆时针方向,柱塞编号分别为一、二、三、四及五。

　　1.2 配流机构

　　配流机构的作用就是按照严格的顺序将高压油引入处于工作区段的各个柱塞腔;同时将处于非工作区段的各个柱塞腔内的回油引入油箱,从而保证液压马达的主轴能够正常旋转而对外输出扭矩。配流机构结构设计是否合理决定了液压马达的工作性能、可靠性与寿命。

　　目前多采用轴配流机构和端面配流机构两种主要形式。两种配流机构分别如图2和图3所示。

　　轴配流机构是借助于径向开有油口的配流轴在设置有通往各柱塞腔的油路的配流体中进行旋转而实现配流的,实质上属机械位置控制配流方式。因此,配流轴和配流体间保持应有的相对位置关系就显得十分关键。另外,为保证配流轴在配流体内可靠和稳定的转动,减少机械磨损和轴向、径向泄漏,配流轴的径向力完全平衡设计和轴向密封结构的设计就尤为重要。也正因为此,现有轴配流机构的结构都非常复杂,尺寸要求精度高,机械加工难度大。轴配流机构的最大缺点就是当配流轴磨损后,摩擦副密封间隙不能补偿,泄漏损失增加,液压马达自锁能力低。端面配流机构是另外一种机械位置控制式配流机构。它是借助于盘面上开有两条腰型通油槽的配流盘在设置有通往各柱塞腔的油路的配流体某端面上的相对转动来实现配流的,如图3所示。