低速大扭矩液压马达优化标题

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：低速大扭矩液压马达的主要特点是转矩大、转速低,可直接和工作机构联接,不用减速器,整个结构紧凑、尺寸小、重量轻。图3.9内曲线多作用式液压马达工作原理1—定子;2—转子;3—柱塞组件;4—配流轴图3.9 为另一种常用的称为内曲线多作用式液压马达的工作原理图。故这种马达排量可做得很大并且可在很低转速下运行,是一种性能较好的低速大扭矩液压马达。图3.10 为NJM 型内曲线液压马达的结构图。这是一种横梁传力轴转式液压马达。

低速大扭矩液压马达的主要特点是转矩大、转速低,可直接和工作机构联接,不用减速器,整个结构紧凑、尺寸小、重量轻。广泛用于工程、运输、建筑、石油、冶金和矿山等机械上。其基本结构是径向柱塞式,目前主要有3 种结构形式:曲柄连杆式、静力平衡式和内曲线多作用式。

图3.7 为曲柄连杆式径向柱塞液压马达的结构图。马达主要由壳体、活塞、连杆、偏心轮(曲轴)等组成。马达有5 个活塞,壳体上有5 个缸,外形像星,又称为星形马达。连杆2 一端通过球铰与活塞1 连接在一起,另一端为圆弧表面,圆弧半径与偏心轮(和输出轴4 一体)半径一致。两个圆环3 套在连杆的圆弧外表面,使连杆既能沿着偏心轮的圆弧表面滑动而又不会脱开。输出轴4 左端通过联轴器5 使配流轴6 同频旋转。在C—C 剖面图上可以看到配流轴以其旋转中心O1 和偏心轮中心O2 的连线为界将轴内部分成Ⅰ、Ⅱ两个区。Ⅰ区与A 孔相连,Ⅱ区与B 孔相连。

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图3.7　曲柄连杆式径向柱塞液压马达

1—活塞;2—连杆;3—圆环;4—输出轴(偏心轮);5—联轴器;6—配流轴

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图3.8　曲柄连杆式马达的工作原理

这种马达的工作原理可用图3.8 表示。如果B 孔(Ⅱ区) 通压力油,A 孔(Ⅰ区) 与回油相通。则将以O1—O2 为界,其右侧活塞油缸(图中油缸4、5)顶部,将有压力油进入,使活塞受到油压的作用,而其左侧的活塞油缸(图中的油缸2、3)顶部与回油相通,其余的油缸(图中的油缸1)处于过渡状态。根据曲柄连杆机构的工作原理,受油压作用的活塞就通过连杆对偏心轮作用一个力N。如果不考虑连杆与偏心轮圆弧表面间的摩擦力,则连杆对偏心轮的作用力N 将通过O2(法向)。处于图中O1—O2 右侧的连杆与偏心轮间都有作用力,这些力对旋转中心O1 产生转矩,使其转动。如果进、回油口对换,马达也就反向转动。

随着曲轴旋转,配流轴也跟着转动,使配流状态发生变化。例如当曲轴转过90°,压力油就进到油缸5、1、2,再转过90°,换到油缸2、3,又转90°,就到油缸3、4,如此循环反复。总之,由于配流轴颈过渡密封间隔的方位和曲轴的偏心方向一致,并且同时旋转,所以配流轴颈的进油窗口始终对着偏心方向某一边(图中的右边)的2 个或3 个油缸,回油窗口对着偏心方向另一边(图中左边)的其余油缸,这样使不同活塞对曲轴中心O1 所产生的驱动力矩同向相加,并使旋转不断进行下去。

这种液压马达只有5 个活塞,同时通压力油的活塞数量在2 ~3 个,因此,其转矩的脉动率较大。为了减少摩擦力,提高马达的机械效率,球铰处及连杆与偏心轮的圆弧表面间有压力油进入,形成静压支承。液压马达额定压力为16 ~21 MPa,排量有0.2 ~6 L/r 多种规格,转速5 ~100 r/min。这种液压马达的优点是结构简单,零件少,工作可靠及耐冲击。其缺点是转矩脉动率较大,低速时转速不均匀以及启动转矩较低等。这种马达主要用于驱动起重机械的卷筒,履带挖掘机的履带驱动轮等。

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图3.9　内曲线多作用式液压马达工作原理

1—定子;2—转子;3—柱塞组件;4—配流轴

图3.9 为另一种常用的称为内曲线多作用式液压马达的工作原理图。定子1 的内表面由X 段均布的、形状相同的曲面组成,曲面的数目X 就是马达的作用次数(图中X=6)。每一曲面两边对称,一边是进油段,允许柱塞组件3 外伸,为工作段,另一边使柱塞组件3 缩回,为回油段。转子2 沿径向有Z 个(图中为8个)均布的柱塞孔。中心配流轴4 有2X 个配流窗口。配流窗口的位置与定子曲面工作段、回油段的位置相对应,其中X 个窗口A 与在中心的进油孔相通,另外X 个窗口B 与回油孔相通。

当压力油输入马达后,通过配流轴的进油窗分配到处于进油段的柱塞底部油腔,油压使滚轮顶紧在定子内表面。定子和配油轴不旋转。定子曲面对柱塞组件产生反作用力N,分解为径向力F 与柱塞底面的液压力平衡,切向力T 则克服负载力矩驱动转子旋转。处于回油段的柱塞组件受压缩回后,低压油从回油窗口排出。柱塞组件处于定子曲面工作段和回油段之间的圆弧过渡面时,柱塞缸孔与进、回油道切断,使高、低压腔互不相通。转子每转一转,每个柱塞往复运动X 次。由于X 和Z 不等,任一瞬时总有一部分柱塞处于进油段,使转子转动。若将马达进、回油口互换时,马达将反转。如果把转子固定,使定子、配流轴旋转,就能构成壳转马达。

这种马达的排量为:

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式中　d——柱塞直径;

S——柱塞行程;

Z——柱塞数;

X——定子内曲面数。

可见这种马达的排量较单行程马达增加了X 倍,相当于有XZ 个柱塞。由于柱塞当量数增加,在同样压力下,输出转矩相应增加,转矩脉动率减小。有时这种马达做成不止一排,这样柱塞数更多,输出转矩可进一步增加,转矩脉动率进一步减小。故这种马达排量可做得很大并且可在很低转速下运行,是一种性能较好的低速大扭矩液压马达。

图3.10 为NJM 型内曲线液压马达的结构图。这是一种横梁传力轴转式液压马达。其结构简单,工作可靠,径向尺寸不太大。该系列马达的额定压力为25 MPa,最高压力为31.5 MPa,转速0 ~100 r/min,其机械效率较低,约90%。这是一种常用的内曲线马达。

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图3.10　NJM 型内曲线液压马达的结构

1—O 型密封圈;2—左侧盖;3—配流轴;4—滚轮;5—缸体;6—柱塞;7—横梁;8—定子导轨环;9—右侧盖;10—中间壳体;11—微调机构

该马达壳体由5 片组成:两片具有相同曲面的定子导轨环8,中间壳体10,左右侧盖2 和9、5 片用螺钉联成一个整体。这种分片式结构的优点是,允许柱塞缸体5 的直径适当加大,它可伸入到两片定子导轨环之间,这样横梁7 在运动时不伸出导向槽外,从而增大了导向长度,使接触比压降低,减小磨损。此外,定子导轨环可采用优质合金钢,其他壳体则采用铸铁或一般钢材。分片式结构的缺点是加工和装配比较麻烦。

柱塞组件由柱塞6、横梁7 和滚轮4(通常为滚针轴承)组成,也称柱塞副。其结构特点是利用横梁7 来传递切向力T。由于柱塞与横梁间无刚性联接,在液压力的作用下,柱塞顶端的球面与横梁底部相接触,因而柱塞不承受侧向力,使磨损情况大为改善。横梁7 两端装有两个滚轮4,由液压力压向定子导轨曲面,并沿曲面滚动。

配流轴3 与侧盖2 之间间隙较大,用O 型圈1 密封。这种挠性连接可补偿制造与安装的误差,使转动轴不致卡死。为使配流轴3 的配流窗口与定子曲面段相对应,配流轴左端设有微调机构11,其右边为一偏心圆柱,插在配流轴的U 形槽内,旋转微调螺钉,就能拨动配流轴作微小转动。

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