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液压马达

液压马达是液压系统的一种执行元件,它将液压泵提供的液体压力能转变为其输出轴的机械能(转矩和转速)。液体是传递力和运动的介质。

液压马达,亦称为油马达,主要应用于注塑机械、船舶、起扬机、工程机械、建筑机械、煤矿机械、矿山机械、冶金机械、船舶机械、石油化工、港口机械等。

液压马达亦称为油马达,主要应用于注塑机械、船舶、起扬机、工程机械、建筑机械、煤矿机械、矿山机械、冶金机械、船舶机械、石油化工、港口机械等。

高速马达齿轮马达具有体积小、重量轻、结构简单、工艺性好、对油液的污染不敏感、耐冲击和惯性小等优点。缺点有扭矩脉动较大、效率较低、起动扭矩较小(仅为额定扭矩的60-70-)和低速稳定性差等。

从能量转换的观点来看,液压泵与液压马达是可逆工作的液压元件,向任何一种液压泵输入工作液体,都可使其变成液压马达工况;反之,当液压马达的主轴由外力矩驱动旋转时,也可变为液压泵工况。因为它们具有同样的基本结构要素--密闭而又可以周期变化的容积和相应的配油机构。但是,由于液压马达和液压泵的工作条件不同,对它们的性能要求也不一样,所以同类型的液压马达和液压泵之间,仍存在许多差别。首先液压马达应能够正、反转,因而要求其内部结构对称;液压马达的转速范围需要足够大,特别对它的最低稳定转速有一定的要求。因此,它通常都采用滚动轴承或静压滑动轴承;其次液压马达由于在输入压力油条件下工作,因而不必具备自吸能力,但需要一定的初始密封性,才能提供必要的起动转矩。由于存在着这些差别,使得液压马达和液压泵在结构上比较相似,但不能可逆工作。

由于压力油作用,受力不平衡使转子产生转矩。叶片式液压马达的输出转矩与液压马达的排量和液压马达进出油口之间的压力差有关,其转速由输入液压马达的流量大小来决定。由于液压马达一般都要求能正反转,所以叶片式液压马达的叶片要径向放置。为了使叶片根部始终通有压力油,在回、压油腔通人叶片根部的通路上应设置单向阀,为了确保叶片式液压马达在压力油通人后能正常启动,必须使叶片顶部和定子内表面紧密接触,以保证良好的密封,因此在叶片根部应设置预紧弹簧。叶片式液压马达体积小、转动惯量小、动作灵敏、可适用于换向频率较高的场合;但泄漏量较大、低速工作时不稳定。因此叶片式液压马达一般用于转速高、转矩小和动作要求灵敏的场合。

径向柱塞式液压马达工作原理,当压力油经固定的配油轴4的窗口进入缸体内柱塞的底部时,柱塞向外伸出,紧紧顶住定子的内壁,由于定子与缸体存在一偏心距。在柱塞与定子接触处,定子对柱塞的反作用力为 。力可分解为和 两个分力。当作用在柱塞底部的油液压力为p,柱塞直径为d,力和之间的夹角为X时,力对缸体产生一转矩,使缸体旋转。缸体再通过端面连接的传动轴向外输出转矩和转速。以上分析的一个柱塞产生转矩的情况,由于在压油区作用有好几个柱塞,在这些柱塞上所产生的转矩都使缸体旋转,并输出转矩。径向柱塞液压马达多用于低速大

转矩的情况下。

1.单作用连杆型径向柱塞马达

如图4-6、连杆马达图、轴配流液压马达图、五角径向马达装配动画所示为单作用连杆型径向柱塞马达工作原理图,其外型呈五角星状。该马达由壳体1、曲轴6、配流轴5、连杆3、柱塞2、和偏心轮4等零件组成。优点:结构简单,工作可靠。缺点:体积大、重量大,转扭脉动,低速稳定性较差。

2.多作用内曲线柱塞马达

该马达由配流轴1、缸体2、柱塞3、横梁4、滚轮5、定子6和输出轴7等组成。这种马达的排量较单行程马达增大了1倍。相当于有21个柱塞。由于当量柱塞数增加,在同样工作压力下,输出扭矩相应增加,扭矩脉动率减小。有时这种马达做成多排柱塞,柱塞数更多,输出扭矩进一步增加,扭矩脉动率进一步减小。因此这种马达可做成排量很大,并且可在很低转速成下平稳运转。由于马达需要双向旋转,因此叶片槽呈径向布置。

3.柱塞式高速液压马达

柱塞式高速液压马达一般都是轴向式。

轴向柱塞泵除阀式配流外,其它形式原则上都可以作为液压马达用,即轴向柱塞泵和轴向柱塞马达是可逆的。轴向柱塞马达的工作原理为,配油盘和斜盘固定不动,马达轴与缸体相连接一起旋转。当压力油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时,柱塞在压力油作用下外伸,紧贴斜盘,斜盘对柱塞产生一个法向反力p,此力可分解为轴向分力及和垂直分力Q。Q与柱塞上液压力相平衡,而Q则使柱塞对缸体中心产生一个转矩,带动马达轴逆时针方向旋转。轴向柱塞马达产生的瞬时总转矩是脉动的。若改变马达压力油输入方向,则马达轴按顺时针方向旋转。斜盘倾角a的改变、即排量的变化,不仅影响马达的转矩,而且影响它的转速和转向。斜盘倾角越大,产生转矩越大,转速越低。

齿轮马达在结构上为了适应正反转要求,进出油口相等、具有对称性、有单独外泄油口,将轴承部分的泄漏油引出壳体外;为了减少启动摩擦力矩,采用滚动轴承;为了减少转矩脉动,齿轮液压马达的齿数比泵的齿数要多。齿轮液压马达由干密封性差、容积效率较低、输入油压力不能过高、不能产生较大转矩。并且瞬间转速和转矩随着啮合点的位置变化而变化,因此齿轮液压马达仅适合于高速小转矩的场合。一般用于工程机械、农业机械以及对转矩均匀性要求不高的机械设备上。

额定转速高于500r/min的马达属于高速马达。高速马达的基本形式有齿轮式、叶片式和轴向柱塞式。它们主要特点是转速高,转动惯量小,便于启动、制动、调速和换向。

转速低于500r/min的液压马达属于低速液压马达。它的基本形式是径向柱塞式。低速液压马达的主要特点是:排量大,体积大,转速低,可以直接与工作机构连接,不需要减速装置,使传动机构大大简化,低速液压马达的输出扭矩较大,可达几千到几万Nm,因此又称为低速大扭矩液压马达。

叶片马达与其他类型马达相比较具有结构紧凑、轮廓尺寸较小、噪声低、寿命长等优点,其惯性比柱塞马达小、但抗污染能力比齿轮马达差、且转速不能太高、一般在200r/min 以下工作。叶片马达由于泄漏较大,故负载变化或低速时不稳定。

19世纪50年代末期,最初的低速大扭矩液压马达是由油泵的一个定转子部件发展而来的,这个部件由一个内齿圈和一个与之相配的齿轮或转子组成。内齿圈与壳体固定联接在一起,从油口进入的油推动转子绕一个中心点公转。这种缓慢旋转的转子通过花键轴驱动输出成为摆线液压马达。这种最初的摆线马达问世后,经过几十年演化,另一种概念的马达也开始形成。这种马达在内置的齿圈中安装了滚子。具有滚子的马达能提供较高的启动与运行扭矩,滚子减少了摩擦,因而提高了效率,即使在很低的转速下输出轴也能产生稳定的输出。通过改变输入输出流量的方向使马达迅速换向,并在两个方向产生等价值的扭矩。各系列的马达都有各种排量的选者,以满足各种速度和扭矩的要求。

1.工作压力与额定压力

工作压力:输入马达油液的实际压力,其大小决定于马达的负载。马达进口压力与出口压力的差值称为马达的压差。额定压力:按试验标准规定,使马达连续正常工作的压力。

2.排量和流量

排量:在不考虑泄漏的情况下,液压马达每转一转所需要输入液体的体积。Vm (m3/rad)流量:不计泄漏时的流量称理论流量qMt,考虑泄漏流量为实际流量qM。

3.容积效率和转速

容积效率ηMv:实际输入流量与理论输入流量的比值。

4.转矩和机械效率

在不计马达的损失情况下,其输出功率等于输入功率。实际转矩T:由于马达实际存在机械损失而产生损失扭矩ΔT,使得比理论扭矩Tt小,即马达的机械效率ηMm:等于马达的实际输出扭矩与理论输出扭矩的比.

5.功率和总效率

马达实际输入功率为pqM,实际输出功率为Tω。马达总效率ηM:实际输出功率与实际输入功率的比值.液压马达有两种回路:即液压马达串联回路和液压马达制动回路,而这两种回路又可以再进行下一层分类液压马达串联回路之一:将三个液压马达彼此串联,用一个换向阀控制其开停及转向。三个马达所通过的流量基本相等,在其排量相同时,各马达转速也基本一样,要求液压泵的供油压力较高,泵的流量则可以较小,一般用于轻载高速的场合。液压马达串联回路之二:本回路每一个换向阀控制一个马达,各马达可以单独动作,也可以同时动作,并且各马达的转向也是任意的。液压泵的供油压力为各马达的工作压差之和,适用于高速小扭矩场合。液压马达并联回路之一:两个液压马达通过各自的换向阀与调速阀控制,可同时运转与单独运转,可分别进行调速,并且可做到速度基本不变。不过用节流调速,功率损失较大,两马达有各自的工作压差,其转速取决于各自所通过的流量。液压马达并联回路之二:两个液压马达的轴刚性联接在一起,当换向阀3在左位时,马达2只能随马达1空转,只有马达1输出转矩。若马达1输出扭矩不能满足载荷要求时,将阀3置于右位,此时虽然扭矩增加,但转速要相应降低。液压马达串并联回路:电磁阀1带电时,液压马达2和3相串联,电磁阀1断电时,马达2和3并联。串联时两马达通过相同的流量,转速比并联时高,而并联时两马达工作压差相同,但转速较低。

液压马达维修是指对液压马达、液压元件、液压设备以及液压系统的故障诊断与维修。

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