畢業設計-高壓變量液壓馬達設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 帶來一些局限。 德國亞深工業大學也搭建了基于模型 泵 思想的摩擦副試驗臺并進行了相關研究。采用模型馬達 的試驗技術和實際更相近 ,結果可以更逼真地描述其實際工作的情況 ,這對于馬達的研究和新結構的設計與優化有十分重要的作用。 (3) 關鍵摩擦副潤滑與摩擦磨損優化技術 軸向柱塞 馬達在其發展歷程中柱塞副、配流副和柱塞與斜盤的接觸副 （ 現在基本上是滑靴結構 ） 這三個摩擦副始終沒有發生大的變化。它們是吸油、壓油、配流完成馬達工作的最重要的環節 ,也是產生 能量耗散、泄漏、流量脈動的地方 ,馬達的性能和壽命與這些摩擦副息息相關 ,因此摩擦副的改造和優化也就成了軸向柱塞馬達的最重要的關鍵技術之一。美國普渡大學MONIKA 教授通過對柱塞副的間隙處油膜動力學、摩擦力和能量耗散的研究 ,揭示了不同形狀的柱塞所受摩擦力的分布規律 ,得出圓柱形并不是最好摩擦狀態的柱塞形狀 ,而且認為柱塞在柱塞腔有更為復雜的微觀運動 , 通過公式求解出柱塞的腕力狀況，此微運動模型也得到了相應的試驗驗證。 德國亞深工業大學集中在對壓力梯度及摩擦力的研究上 ,分析了對柱塞馬達三個摩擦副的摩擦力分布規 律及其帶載能力。 此外 ,國外還有很多研究機構進行了相關的研究。英國的巴斯大學 、日本新津大學對柱塞副之間油膜的壓力場特性開展微觀層次的研究工作美國密蘇里一哥倫比亞大學對柱塞腔內摩擦力 ,對滑靴副間隙泄漏特點 ,對配流副的容積效率進行了研究 ， 伯明翰大學對滑靴副油膜的壓力分布和承載能力開展試驗和理論分析等。 (4)減振降噪技術 減振降噪是關系到軸向柱塞泵 馬達發展前途的關鍵技術。隨著社會的進步 ,人們對工作環境的要求越來越高 ,噪聲是工作環境優劣的一個重要衡指標。世界各國對液壓泵的噪聲也有著明確的規定。在液壓設備中 ,泵 馬達是液壓設備的主要噪聲源。軸向柱塞翻馬達由于缸體輸出的油液的不連續和吸油、壓油腔的分離結構使其產生了較大的流量脈動和液壓噪聲 ,此外還有復雜流道產生的氣穴噪聲。液壓噪聲和機械噪聲的交織形成了軸向柱塞泵的整體噪聲。 側時 教授 通過考慮油液的壓縮性和泄漏進行分析驗證了奇數和偶數柱塞泵 馬達的脈動差別不大的結論德國亞深工業大學通過研究在泵 馬達的殼體上設置減振結構 ,如圖 ,在一定程度降低柱塞泵的振動 ,此項成果已經在 的泵馬達上應用。 (5)電液變排量控制技術 軸向柱塞馬達的變量控制方式多種多樣 ,按照操縱方式 不同 ,有手動、電動、比例、伺服等 ,按照是否有反饋可以分為開環和閉環控制 ,閉環控制又有恒壓、恒流、恒功率和負載敏感的適應性控制等 ,軸向柱塞泵的控制方式的優劣已經成了衡 量 品質的一個重要指標 ,但變量控制也存在著一些問題 ,這些問題的改善和解決也是軸向柱塞馬達的一項重要技術。由于軸向柱塞馬 共 38 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 達配流結構 ,會產生較大的流量和壓力脈動 ,對控制的干擾比較大。 且 變量范圍偏小。斜盤 式軸向柱塞馬達 主要依靠改變斜盤傾角來實現變量 ,傾角受傾覆力矩 及滑靴結構等因素的限制 ,一般在 18176。 以內。德國 Linde公司 02系 列 采用新滑靴球鉸結構使傾角 增大到了 21176。 普通球鉸是滑靴包柱塞結構 ,而 02 系列為柱塞包滑靴結構 ,球窩做在柱塞上 。這種結構使其排量增大16％ ,體積縮小 18％。 國內液壓馬達的發展現狀 國內的液壓馬達起步較晚，知道 60 年代初，才開始對國外低速大扭矩液壓馬達的樣機進行測繪仿制，初步形成了曲軸連桿馬達 JDM系列，額定工作壓力 16MPa。但是由于主要運動副結構陳舊，性能較差，只有少量生產，進展緩慢。 70 年代初，工程機械、建筑機械、礦山機械等紛紛采用液壓技術，使得液壓馬達有了大幅度發展，但由于對于一些關鍵的運動副缺乏認識，仍是測繪、 仿制和經驗類比設計，雖然研制者甚多，但沒有一臺液壓馬達通過試驗鑒定。然而，仿制和消化國外產品，為我們提供了友誼的設計、制造經驗，隨著對一些影響馬達性能、壽命的關鍵運動副進行專項的理論和模型試驗研究，如進行各種低速大扭矩液壓馬達特有性能的研究，提出數學模型和試驗研究方法，得到改善性能的途徑：進行多種馬達關鍵摩擦副支承機理的研究，得出提高性能的合理設計方法；以及進行各種馬達新型配流結構的研究等等。也促進了我國高壓馬達的發展。如一些學者提出了一些非柱塞式低速大扭矩液壓馬達，如非圓齒輪輪系液壓馬達、錐差式液壓馬達等 。取得一定的成果。所有這些都促進了高壓液壓馬達朝著多樣性的方向發展。 國內外液壓馬達的對比 目前，國內外對液壓馬達的研究相對液壓泵來說較少。總體來說，國外在液壓馬達領域的技術水平較為領先，相關的生產企業較多，比較出名的有 Rexroth、 Linde、 Parker、 Danfoss、Eaton等。國內主要是由 我國自主研發的 CY系列柱塞泵 /馬達 。但由于性能不穩定，限制了應用領域。國外產品占據了大量的市場份額。就產品而言， 國外產品性能出色 ,技術更新快。排量從幾毫升到上千升 ,額定壓力有的可達 40MPa 以上 ,自吸轉速大多都在 2021rpm 以上 ,個別小排量的甚至達到 8000以上 ,而且壽命長、噪聲低。 另外 國外的廠家有豐富的產品線 ,產品系列多 ,產品型號全 ,比如 Rexroth 的 AF 系列、 AV 系列、 KAV 系列等 ,為工業液壓和工程機械液壓行業配置了豐富的產品線。 同國外比較，國內的高壓液壓馬達工作壓力要比國外低于些 。而且由于對高壓液壓 馬達的設計制造還缺少機理方面的基礎理論和試驗研究，因而設計中結構、尺寸、材料選取和精度的確定，缺少可靠的依據，設計生產中的問題，常常只是在整臺馬達試驗中發現和解決。 共 38 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 國 外目前的液壓馬達研制 技術已經相當成熟，而與此同時我國卻尚處于起始階段，主要還是通過對國外先進技術的引進，經過吸收和再創新兩個過程，來實現液壓馬達的設計與制造。 就開發的現狀而言，對于小排量低壓的液壓馬達，國內生產廠家已經通過不斷地努力與探索，擁有了完全自主研發的能力，并且占據了一定的市場份額。而對于高壓液壓馬達的研制，目前還仍舊停留在研制階段。 2 高壓馬達原理設計 斜軸式液壓馬達概述 斜軸式柱塞泵 /馬達屬于 軸向柱塞泵 /馬達的，本課題所選的液壓馬達為 TJVM5是斜軸式柱塞馬達的一種 ，其主軸與缸體旋轉軸線不在同一條直線 上，而是成一個夾角 ? 。從外形上看是斜的，或者是彎的；從功能上講，它既可以用作泵也可以用作馬達。 與滑靴斜盤式軸向柱塞 泵 /馬達 相比， 斜軸式泵 /馬達有下列優點： 1) 柱塞的側向力比直軸式的柱塞側向力小得多。因此，由側向力引起的摩擦損失也是很小。斜軸式軸向柱塞泵 /馬達允許較大的缸體擺角，一般斜盤式軸向柱塞泵的最大斜盤角度為 20176。左右，而斜軸式軸向柱塞泵 /馬達可達 40 2) 由于主軸不需要穿過配流盤，因此球面配流盤的分布圓直徑可以設計得較小。 3) 由于旋轉件的質量較小和柱塞側向力較小， 允許較高的轉速。 4) 由于球鉸處可以較好的瞄固，有利于柱塞的回程，斜軸式允許在自吸工況較低的進口壓力下運轉，其自吸性能比斜盤式好。 5) 缸體受到的傾覆力矩很小，缸體端面與配流盤貼合均勻，故泄漏損失小，容積效率高；摩擦損失小，機械效率高；并且對油液的污染度不是很敏感。 6) 由于轉動部件的轉動慣量小，因而啟動性能好、啟動效率高； 其缺點是： 1) 對于雙向擺缸式斜軸馬達 /泵來說，擺動缸體需要一定的空間，因此這種泵的體積較大，比較笨重，使用范圍受到限制。 2) 快速變量時需要克服較大的慣性矩。 3) 斜軸式柱塞 泵 /馬達 不可能做成雙軸串接或通 軸式，因此集成化比較困難。 4) 結構中的摩擦副，如主軸球窩與連桿球頭的配合、缸體球窩與配流盤球面的配合都是球面配合，而且加工精度高，因此加工比較困難。 斜軸式柱塞泵 /馬達的分類 斜軸式柱塞泵和馬達按能否變量分為定量泵 /馬達和變量泵 /馬達。斜軸式定量泵 /馬達主 共 38 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 要有 A2F系列定量泵 /馬達和 /馬達；斜軸式變量泵 /馬達包括 A6V變量馬達、A7V變量泵、 A8V變量雙泵，還有 Z*B系列變量泵。詳細內容 見表 21 表 21 馬達分類及介紹 系 列 結構形式 排量 /（ rmL ） 變量方式 應用及特點 A2F定量泵 / 馬達 結構 1— 5 1 2 2 4 56 80、 10 12 160 定量 可以作泵，也可以作馬達。直柱塞，傾角為 25? 泵 /馬達 結構 I系列： 1 2 2 5 80、 10 260 II 系列： 1 3 46 90、 12 280 定量 可以作泵，也可以作馬達。錐形柱塞，傾角 40? ，軸向尺寸較短 A6V變量馬達 結構 1— 2 2 5 80、 10 160、250、 500、 1000 液控變量 高壓自動變量 電控比例變量轉矩變量 手動變量 作變量馬達用、也可以作閉式系統中的泵。直柱塞，傾角為7~? 25? A7V變量泵 結構 2 5 5 80、10 11 160、 250、 35500 恒功率變量 恒壓變量 液控變量 電控比例變量 手動變量 在開始系統中作變量泵用。直柱塞，擺角為7~? 25? 和0~? 18? 兩種 A8V變量雙泵 結構 1— 5 2 5 5 80、 107 12 160 總功率變量 分功率變量 交叉變量 恒壓手動變量 在開始系統中作變量雙泵。直柱塞，擺角為7~? 25? Z*B泵 、 、 481 手動變量 恒功率控制 液壓隨動的恒功率控制 作泵用，變量泵可雙向變量，額定壓力為16MPa，最高壓力為 35MPa 共 38 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 斜軸式柱塞馬達工作原理 TJVM變量馬達原理 如圖 21所示 。通入液壓油帶動使柱塞運動帶動驅動軸旋轉，驅動軸帶動負載進行工作。 馬達的作用是將液壓能轉換成機械能，其輸出軸轉速與輸入流量成正比，輸出轉矩隨高壓側與低壓側之間的壓差增大而增大。 當壓力油由后蓋的進口壓入缸體時，由于壓力的作用推動柱塞下止點向上方運動，從而推動主軸旋轉，輸出轉矩。運動至上止點的柱塞在其它柱塞力的推動下，繼續由上止點向下止點方向運動，將工作過的油液經后蓋的排油口排出低壓油。輸出軸可以帶動工作機械旋轉，輸出機械能。從輸出軸方向看，如果壓力油從后蓋左側進入，則輸出軸為順時針旋轉（右轉）；如果壓力油從后蓋右側進入，則輸出軸為逆時針旋轉（左轉）。 圖 21液壓馬達基本原理圖 典型結構與工藝要求 典型結構 (1) TJVM變量 馬達