液压马达

第三节液压马达Hydraulicmotor液压泵与马达Hydraulicpumpandhydraulicmotor液压泵作用在于将原动机输入的机械能转换为液压油的压力能液压缸和液压马达将液压油的压力能转换为机械能输出，以带动机械设备就工作原理而言，任何容积式泵(结构上采用单向吸排阀者除外)，如果对其输入液压油，都将被压力油所驱动而成为液压马达。但容积式液压泵通过相应增高转速的方法来缩小尺寸，所以当泵直接改为液压马达时，是高速小扭矩.为构成低速大扭矩液压马达,以便无需减速机构即可直接拖动作用机械，实际应用的液压马达在具体结构上与液压泵存在差异一、液压马达的工作性能Parameterofhydraulicmotor液压马达输入的液压能，可用工作油的压力P和流量Q来表示，而其输出的机械能，则以输出轴的扭矩M和转速n来度量。为了说明液压马达的工作性能，我们可先假设液压马达不存在任何能量损失的理想情况进行了讨论，这时液压马达的输入功率，就可用下式来表示：P1th=PQW式中:p—液压马达的进排油压差，Pa；Q——供入液压马达的油流量，m3／s。液压马达的工作性能Parameterofhydraulicmotor而其理论输出功率则可表达为:式中；Mth——液压马达的理论扭矩，Nm，·ωth——液压马达的理论角速度，rad／s；nth——液压马达的理论转速，r／min。假设液压马达按几何尺寸确定的每转排量为q(m3／r)，则液压马达的理论转速为W60/22thththththMnMpmin//60rqQnth液压马达的工作参数Parameterofhydraulicmotor显然，在不考虑液压马达中所有能量损失的情况下，液压马达的理论输出功率就等于其输入功率因此，可求得液压马达的理论扭矩然而，任何实际的液压马达，运转时总存在着各种损失，包括密封缝隙的漏泄损失，油流流动时的压力损失以及各运动接触部件之间的摩擦损失等。容积损失可用容积效率来度量，即式中：Qe—扣除漏泄损失后供入马达的有效流量，m3／s。QQe/Nm2/pqMth液压马达的工作参数（续）Parameterofhydraulicmotor因此，液压马达的实际转速：把压力损失和摩擦损失合并在一起，称之为机械损失由于存在着机械损失，液压马达的实际输出扭矩M也就比理论扭矩要小实际扭矩与理论扭矩之比，称之为液压马达的机械效率ηm，即:因此，实际扭矩:实际的输出功率:式中：η是考虑液压马达中所有能量损失的总效率。min//60/60rqQqQethmMM/2/mmthpqMMpQpQMnPvm60/22液压马达工作性能Parameterofhydraulicmotor液压马达的实际转速n，主要取决于供入液压马达的流量Q，液压马达的工作容积(即每转排量)q和容积效率ηv改变液压马达的转速，可采用的方法容积调速变量油泵，改变其流量，或采用变量油马达，改变其排量，节流调速通过流量控制阀来改变供入油马达的流量min//60/60rqQqQne液压马达工作性能Parameterofhydraulicmotor液压马达的扭矩M，主要取决于提高工作油压p不仅可增大液压马达的输出扭矩M而且还可在功率不变的前提下，使液压元件和和管路的尺寸相应减小但是也受到强度与密封等的条件限制，并给管理工作带来不利的影响增大液压马达的容积亦即提高液压马达的每转排量q，可在工作油压不变的情况下增大扭矩，而转速则相应较低，从而构成低速大扭矩液压马达一般认为额定转速低于500r／min即属于低速马达高于500的属于高速马达后者用于船舶甲板机械往往需要增加机械减速机构2/mmthpqMM二、低速大扭矩油马达Lowspeedhightorquehydraulicmotor常用的低速大扭矩液压马达，主要有径向柱塞式和叶片式等径向柱塞式密封性好，有利于提高油压P，在结构上也便于增大q值叶片式虽也可借增大q的方法来提高扭矩，但密封性不如柱塞式，故多用于中、低压场合。高速液压马达(齿轮式、轴向柱塞式等)基本结构与同类型的液压泵类似下面介绍几种常见的径向柱塞式液压马达1．连杆式液压马达图7—49表示一种应用较早的径向柱塞式液压马达结构图中，5个液压缸(也有7缸的)按径向均布在圆周上，构成为星形壳体6各液压缸都装有活塞3。活塞3与连杆的小端铰接，而连杆大端则以自己的凹形圆柱面紧贴在与输出轴2制成一体的偏心轮外缘上，并用一对导环10和挡圈11压紧以不使其与偏心轮脱离。输出轴的一端通过十字联轴器13与配油轴12相联接，在配油轴内部钻有两组油路，其中，油路c,d在截面A-A处可经配油轴外周的环道始终与配油壳的A孔相通；而通道e,f则在截面B-B处始终与B1孔相通此外，这两组油路在C-C截面处还分别与互相隔开的A2和B2腔相通.因此，随着配油轴的转动，两油腔A2和B2即可通过壳体上的通道，与各油缸轮流相通连杆式液压马达的工作原理图7—50所示当液压马达的偏心轮处在图示位置时，如经Al口输入压力油液，并使B1口与油箱相联，则压力油就要经A2腔进入1号和2号液压缸这样，作用在两活塞上的油压F1和F2，通过连杆的轴线，传递到偏心轮上，并直指偏心轮的圆心O1由于O1与输出轴的中心O之间具有偏心距，所以，由F1、F2产生的合力F，就会对输出轴形成转矩，使其作逆时针方向回转，而4号和5号液压缸中的油液则经B2腔和Bl口排往油箱连杆式液压马达的工作原理当进油缸的活塞在油压的推动下到达下止点时，由于配油轴的随同转动，进油缸开始与进油的A2腔错开，而将与B2腔接通，以准备排油，就像图中3号液压缸所处的位置那样而当活塞到达上止点时，则该液压缸又会与排油腔错开，并将接通进油腔，如图中5号液压缸将到达的位置那样所以，一但当配油轴在进油压的推动下，开始转动，就会造成各液压缸按顺序不断地进油和排油，因而将使液压马达得以持续运转连杆式液压马达的工作原理（续1）如果改变液压马达进排油的方向，那么，液压马达在图示位置时，油液就要进入4号液压缸和5号液压缸，而1号液压缸和2号液压缸中的油液，则经A2腔从Al口排回油箱，于是液压马达将反向回转。液压马达初次工作时，必须在壳体中注满油液，而工作过程中漏入壳体中的油液，则经泄油管26引回油箱，以保证液压马达的润滑和冷却。连杆式液压马达特点（续2）Featureofradialpistonhydraulicmotor连杆式液压马达与径向柱塞泵一样，其瞬时流量是随输出轴的转角而变的。由于瞬时流量不均，因而也就会使它在进排油压差恒定时产生转矩脉动，在转矩恒定时产生油压脉动而当输入流量恒定时，则产生脉动角速度。五缸连杆式液压马达，其转矩和转速的脉动率(最大和最小转矩或转速之差与其平均值之比)约为7.5％。连杆式液压马达特点（续2）Featureofradialpistonhydraulicmotor连杆式液压马达结构虽然简单，但工艺性较差(球铰副的加工及缸体流道的铸造和清理都较困难)球铰以及连杆与偏心轮接触比压大，工作时容易磨损和咬死，故需使用粘度较高的油液，同时，转矩和转速的脉动率大，润滑油膜极易遭到破坏，低速时还会产生“爬行现象”——即转速小角度地忽快地慢周期性变动的现象，其最低稳定转速一般是5～10r／min由于摩擦面多，起动时间内润滑条件差，故起动转矩小，起动效率(起动扭矩／额定扭矩)仅为80％～85％连杆式液压马达配油轴径向力不平衡的问题，可以通过开设对称平衡油槽实现静压平衡的办法来解决。2．五星轮式(静力平衡式)液压马达Lowspeedhightorquehydraulicmotor(1)结构和工作原理图7—51为一双列的五星轮式液压马达由图可见，在这种液压马达中，连杆已由一个滑套在偏心轮10外面的五星轮4所代替而配油轴和输出轴也已做成一体，成为曲轴3从配油套1引入的油液，经曲轴的内部钻孔，还可穿过偏心轮和五星轮4，一直通入到空心柱塞5中，因而也就取消了壳体2中的流道。图7—51五星轮式液压马达Lowspeedhightorquehydraulicmotor五星轮式液压马达工作原理Lowspeedhightorquehydraulicmotor图7—52。当压力油从A1口供入，经曲轴的内部钻孔进入到偏心轮和五星轮之间的α1腔时，b1腔将经B1口与油箱相通由于作用在偏心轮上的油压，其合力通过偏心轮的中心O，因此，也就会对曲轴的中心O形成一顺时针方向的转矩，使曲轴按顺时针方向回转而滑套在偏心轮上的五星轮，由于受柱塞底部端面的约束，则只能作平面运动而不能转动。五星轮式液压马达的工作原理Lowspeedhightorquehydraulicmotor随着输出轴的转动和五星轮的相应位移，1号、2号和5号液压缸的空间容积将增大，于是压力油液也会从α1腔经五星轮和柱塞中的通道进入其间，与此同时，3号液压缸和4号液压缸的容积则不断减小，其中的油液将经B2口不断排出由图可见，5号缸柱塞即将达到下止点，而该缸将由通进油腔转为通排油腔只要对A1口始终供送压力油液，并使召B1一直与油箱相通，那么，液压马达的曲轴也就会持续运转五星轮式液压马达工作原理Lowspeedhightorquehydraulicmotor五星轮式液压马达的工作原理（续）Lowspeedhightorquehydraulicmotor从图7—51中可以看到，在柱塞的底部还设有压力环8，它和五星轮的配合间隙较大，具有足够的浮动余地，故可补偿缸体、柱塞和五星轮等的加工误差，保证柱塞底部端面的密封在压力环下面，还装有尼龙挡圈和O形密封圈，其最大压缩量是由内套7的高度确定，压力环由定位套6固定，而定套6则用弹簧挡圈来固定。(2)主要部件的静力平衡Mainpartsstaticequilibrium(2)主要部件的静力平衡只要尺寸选择得当则柱塞、压力环和五星轮上承受油压就可基本实现静力平衡由图，当压力环外径与柱塞外径相等时，由于压力环内径到外径的压力分布将因漏泄而按线性规律减小到零，所以，作用在柱塞顶面的压紧力，比底面的撑开力略大，此油压力和弹簧力(很小，保证起动时密封)一起，使柱塞紧贴在压力环和密封圈上，从而既保证了密封良好，又不致在相对滑动时产生严重磨损。(2)主要部件的静力平衡Mainpartsstaticequilibrium柱塞上下方的液压力在工作过程中并不能经常保持同心将形成一侧倾力矩，使柱塞与缸壁的磨损加剧，机械效率降低，甚至有使柱塞和压力环脱开的危险，这是该马达的主要弱点之一。压力环底部的液压力虽也略大于其项部的油压作用力，但不存在侧倾力矩。至于五星轮，只要宽度选取合适，就可使内圆弧面上进油窗口的油压作用力等于压力环孔内的油压作用力，以致完全处于静力平衡的“悬浮”状态。主要部件的静力平衡（续）Mainpartsstaticequilibrium由于油压作用在液压缸和曲轴上的力是作用力与反作用力的关系，是不能平衡的，因此，当采用单列液压缸时，曲轴的轴承就会承受径向负荷而当采用双列结构时，由于两偏心轮的偏心方向彼此相反，因而就可使径向负荷接近抵消，仅剩下不太大的力矩双列液压马达还可停止一列液压缸的进油，并使相应的进排油口与油箱相通的办法，将每转排量q减半，而达到轻载时转速提高一倍的目的。静力平衡式液压马达的优缺点Advantageanddisadvantage静力平衡式液压马达因实现了油压的静力平衡，使主要滑动面间的摩擦力大为减少,故适用于高压，而且工作可靠，寿命长其转矩和转速的脉动率较小(当采用五柱塞时，脉动率约为5％)，也不存在油膜破坏的问题，所以低速稳定性好，最低转速可达5r／min以下，这种液压马达工艺性好，并能做成壳转或双输出轴的型式但是五星轮运动时需要较大的空间，与连杆式液压马达相比，其曲轴的偏心距