专利名称：机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及液压马达，更具体的说，是涉及一种机液开关变扭矩配油型旋 转缸筒式定量柱塞液压马达。
背景技术：
柱塞液压马达是依靠压力油作用在柱塞上从而使马达输出轴获得一定转矩 的，为了使柱塞能够交替与压力油口及回油口相通，必须采用配流装置，目前 柱塞液压马达多采用端面配流，端面配流中所采用的主要器件就是配油盘。配 油盘类似一个板式阀，由带两个弧形("腰形")窗口的平面贴合在开有配流孔 的缸体端面，使得缸体和配油盘在垂直于马达轴的面上相对旋转，配油盘上的 窗口和缸体端面开孔的相对位置按一定规律安排，以使处在^^油或排油行程中 的柱塞缸能交替与马达体上的供，排油相通，并保证各油腔之间的隔离和密封。 由于配油盘与缸体之间相对旋转，因此会相互磨损形成端面间隙，液压马达的 泄漏就主要来自配油盘与缸体之间的端面泄露，液压马达的端面泄露成为目前 限制液压马达工作压力的主要障碍。发明內容本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种机液开关变扭矩配油 型旋转缸筒式定量柱塞液压马达。为了解决以上问题，本发明是通过如下技术方案实现。一种机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达，包括马达壳体、 柱塞和驱动盘，还包括配油阀组和机液变扭矩驱动机构，所述配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阔组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应 的高速开关排油/补油阀构成， 一体阀中的高速开关高压供油阀与高速开关排油 /补油阀的阀口面对面设置，两个阀芯的端面留有可供推拉杆的推拉杆头活动的 空间；每个高速开关排油/补油阀的弹簧腔均与相应的柱塞腔连通，每个高速开关排油/补油阀的阀芯中间是可通的，柱塞腔通过弹簧腔和高速开关排油/补油 阀的阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通；所述每个高速开关排油/补油 阀设有回油口，所述每个高速开关高压供油阀设有压力油口；所述柱塞的柱塞头与驱动盘相连，所述驱动盘与马达的伸出轴相连；所述推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱 动机构相连；推拉杆头位于两个阔芯的端面之间；所述机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；所述 推拉杆驱动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔； 液压马达的斜轴穿过内孔并与推拉杆驱动环相连；所述轴承安装在推拉杆驱动 环背对配油阀组的一侧；所述倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧， 并固定在马达壳体上。作为一种改进，在推拉杆与高速开关高压供油阀弹簧腔的接触位置处，还 设有密封圈。作为一种改进，所述推拉杆驱动环的四周均布了与柱塞数相同数量的孔， 与配油阀组中推拉杆的位置一一对应，推拉杆与各孔之间通过销钉固定连接。作为一种改进，所述倾角调节器包括一个径向调节块和一个倾角调节块， 倾角调节块位于轴承侧，径向调节块则压在液压马达的壳体上，两调节块之间 以圆柱面滑动连接，并依靠来自于轴承侧的液压力压紧固定，圆柱面的中心线 与径向调节块的滑动方向都是径向且相互垂直，并且圆柱面的中心线跟液压马 达的斜轴倾角方向位于同 一垂直剖面上。一种适用于机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达的变扭矩 控制方法，包括以下步骤(1) 根据对输出负载大小的要求，调节倾角调节器中径向调节块偏离中心 位置的距离，用以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比；(2) 控制高速开关高压供油阀的开启时间，使得相应的柱塞即使在吸油阶 段，也只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入液压马达的柱塞 油腔，推动柱塞做功；吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油 阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确 保液压马达的平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；(3)通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达的变扭矩控制；占空比与平均扭矩之间的关系为占空比二X开X2r^T/(DXPXri机Xn阀)，推杆运动幅值X与占空比之间的关系为占空比=X开X2n二arccos (x0/x) /90°，径向调节块离开其中间位置的偏移量y与推杆运动幅度x之间的关系为 x=yXtg(a/2);其中Xw为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为液压马达 输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为液压马达的排量，P为压力油口 的压力，ritt为液压马达的机械效率，riw为配油阀组控制柱塞腔的效率，xO为推 拉杆头与高速开关高压供油阀端面留出的间隙长度，a为径向调节块的圆柱面 延伸到推拉杆分布圆直径位置处所产生的弧度。与现有技术相比，本发明的有益效果是 (1 )本发明通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱 塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了开 关变扭矩控制。(2) 当负载扭矩较小的时候，其部分柱塞虽然处于吸油区，但仍然是从回 油口吸油的，而不需要把压力油浪费在额外的节流控制阀口上，因而节约了大 量的能耗。(3) 本发明的配油阀组直接安装在液压马达柱塞缸体端面上，代替了传统 的配油盘，由于配油阀组与液压马达柱塞缸体端面之间没有了相对滑动，因此 大大提高了液压马达的驱动压力。
图l是本发明示意图。图2是本发明配油阀组与机液变扭矩驱动机构结构示意图。 图3是本发明柱塞位置与动作流程图。图4是本发明具体实施例结构示意图。图中，l推拉杆、2高速开关高压供油阀、3高速开关排油/补油阀、4液压马 达柱塞缸体、5柱塞腔、6柱塞、7推拉杆驱动环、8轴承、9倾角调节器、IO输出 轴、ll压力油口、 12回油口、 13泄油口、 14旋转缸筒、15马达壳体、24高速开 关高压供油阀阀口 、 28高速开关排油/补油阀阀口 、 25高速开关高压供油阀阀芯、 26高速开关排油/补油阀阀芯、27高速开关排油/补油阀弹簧腔、29高速开关高 压供油阀弹簧腔、30驱动盘、31推拉杆头、32斜轴、33密封圈、34销钉。
具体实施方式
结合附图，下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。本具体实施例中的一种机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马 达，包括马达壳体，柱塞和驱动盘，还包括配油阀组和机液变扭矩驱动机构， 配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高 压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成， 一体阀中的高速开关高压供油阀 与高速开关排油/补油阀的阀口面对面设置，两个阀芯的端面留有可供推拉杆的 推拉杆头活动的空间；每个高速开关排油/补油阀的弹簧腔均与相应的柱塞腔连 通，每个高速开关排油/补油阀的阀芯中间是可通的，柱塞腔通过弹簧腔和高速 开关排油/补油阀的阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通；每个高速开关 排油/补油阀设有回油口，每个高速开关高压供油阀设有压力油口；柱塞的柱塞 头与驱动盘相连，驱动盘与马达的伸出轴相连。推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机 构相连；推拉杆头位于两个阀芯的端面之间；在推拉杆与高速开关高压供油阀 弹簧腔的接触位置处，还设有密封圈。机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；所述推拉 杆驱动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔；液压 马达的斜轴穿过内孔并与推拉杆驱动环相连；轴承安装在推拉杆驱动环背对配 油阀组的一侧；所述倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧，并固定 在马达壳体上。本具体实施例中的每个柱塞均由配油阀组中与之相对应的一体阀单独控 制， 一体阀由专门的机液变扭矩驱动机构来驱动。基于双向驱动推拉杆的配油阀组中，用于控制同一柱塞的高速开关高压供 油阀与高速开关排油/补油阀的阀口面对面布置，但两个阀芯的端面留出一定的 空间，弹簧腔位于两边。高速开关排油/补油阀位于柱塞缸筒侧，它的弹簧腔与 柱塞腔直接连通，它的阀芯中间也是全部打通的，让柱塞腔能通过弹簧腔和阀 芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通。推拉杆尾部从高速开关高压供油阀 的弹簧腔穿出，连到机液变扭矩驱动机构上。推拉杆头则位于两阀阀口的中间， 向柱塞缸筒侧运动的时候可以推开高速开关排油/补油阀，反过来向机液变扭矩 驱动机构侧运动的时候则可以推开高速开关高压供油阀。推拉杆穿过高速开关 高压供阀的弹簧腔时，其前后都有可靠的密封，保证其头部处于柱塞腔的变化 压力环境中，中部处于弹簧腔的供油压力高压环境中，而尾部处于回油的低压 环境中。推拉杆位于中位时，它与高速开关排油/补油阀阀芯端面的复位位置无 间隙甚至能把阀芯略微顶开一点，确保一旦柱塞进入排油区，该阀就能被顶开。 而与高速开关高压供油阀则留出一定的间隙，间隙大小要求达到阀芯总开度的20%-60%，以方便实现机液变扭矩控制。机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；推拉杆驱 动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔；液压马达 的斜轴穿过内孔并与推拉杆驱动环通过键连接；内孔可以跟着斜轴、柱塞缸筒 一起旋转。推拉杆驱动环的四周均布了与柱塞数相同数量的孔，与配油阀组中 推拉杆的位置一一对应，推拉杆与各孔之间通过销钉固定连接。轴承安装在推拉杆驱动环背对配油阀组的一侧，以隔离推拉杆驱动环与倾 角调节器之间的高速相对旋转，并支撑柱塞腔通过推拉杆作用在驱动环上的强 载荷。倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧，并固定在壳体上，而不 跟着液压马达的斜轴一起旋转。倾角调节器包括一个径向调节块和一个倾角调 节块，两块之间以圆柱面滑动连接，并依靠来自于轴承侧的液压力压紧固定。 倾角调节块位于轴承侧，径向调节块则压在液压马达的壳体上。圆柱面的中心 线与径向调节块的滑动方向都是径向且相互垂直，径向调节块的径向滑动转变 为倾角调节块紧贴轴承面的倾斜，使得推拉杆驱动环、轴承都能在来自柱塞腔 的强载荷作用下倾斜。推拉杆驱动环跟着液压马达的斜轴一起高速旋转，并带 着推拉杆往复运动，运动幅值由倾角决定。同时应保证圆柱面的中心线跟该液压马达的斜轴倾角方向应位于同一垂直 剖面上。由于该定量液压马达的斜轴倾角方向是固定的，因此柱塞的吸油区、 排油区相对于液压马达壳体来说都是固定的，吸油区与排油区的分界线也是固 定的。通过该方向的设计，确保液压马达各个柱塞在回程过程中都可以通过高 速开关排油/补油阀把液压油排到回油口，在进程过程中都可以通过高速开关高 压供油阀或高速开关排油/补油阀从压力油口或回油口吸油，只要推拉杆的运动 幅度超过了它与高速开关高压供油阀阀芯端面的间隙，就可以强行打开该高速 开关高压供油阀。这样，随着柱塞缸筒的旋转，各高速开关阀都可以以相同的 波形和幅值启闭，且相互之间相位相差(360°/柱塞数)，从而替代了配油盘相 对液压马达柱塞缸体回转的功能。圆柱面的中心线跟该定量液压马达的斜轴倾角方向位于同一垂直剖面上， 首先确保了给各阀控制信号的相位角与液压马达各柱塞的吸排油状态完全吻 合。与此同时，根据对输出负载大小的要求，对倾角调节器中径向调节块偏离 中心位置的距离进行调节，就可以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空 比，使得即使在相应柱塞的吸油阶段，也只有一部分时间压力油可以通过高速 开关高压供油阀进入液压马达的柱塞油腔，推动柱塞做功，吸油阶段的其余时 间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油阀，直接从回油口吸油， 补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，从而使得液压马达的平均输 出扭矩不仅与该液压马达的排量、入口油压成正比，还与高速开关高压供油阀 开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比，从而输出与 占空比成正比的平均扭矩，实现了开关变扭矩控制。占空比与平均扭矩之间的 关系为占空比二X开X2i^T/(DXPXri机Xri阀)， 推杆运动幅值x与占空比之间的关系为 占空比=X开X2n二arccos (x0/x) /90°,径向调节块离开其中间位置的偏移量y与推杆运动幅度x之间的关系为 x=yXtg(a/2);其中Xff为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为液压马达 输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为液压马达的排量，P为压力油口 的压力，r^为液压马达的机械效率，"w为配油阀组控制柱塞腔的效率，xO为推拉杆头与高速开关高压供油阀端面留出的间隙长度，a为径向调节块的圆柱面 延伸到推拉杆分布圆直径位置处所产生的弧度。下面结合附图3，当柱塞处于状态l时，高速开关高压供油阀在弹簧力和液 压力作用下关闭，高速开关排油/补油阀强行打开，柱塞向回油口顺利排油；当 柱塞处于状态2时，高速开关排油/补油阀强行关闭，柱塞腔压力上升；当柱塞 处于状态3时，高速开关高压供油阀强行打开，高速开关排油/补油阀仍然处于 关闭状态，柱塞腔升压吸油；当柱塞处于状态4时，高速开关高压供油阀关闭， 高速开关排油/补油阀仍然处于关闭状态，压力推动柱塞继续运动；当柱塞处于 状态5时，柱塞腔压力降低，高速开关排油/补油阀在回油口压力作用下打开， 柱塞从回油口吸油；当柱塞处于状态6时，高速开关排油/补油阀强行打开，保 证柱塞从回油口顺利吸油。开关变扭矩控制既没有改变液压马达的排量，也没有改变供油压力，但它 最终直接改变了液压马达的输出扭矩。由该配油阀组替代了配油盘之后的液压马达，当负载扭矩较小的时候，其 部分柱塞虽然处于吸油区，但仍然是从回油口吸油的，而不需要把压力油浪费 在额外的节流控制阀口上，因而节约了大量的能耗。与此同时，由于配油盘与柱塞缸体之间相对滑动面的端面泄漏一直是液压 马达驱动压力进一步升高的最大障碍，将本发明的配油阔组直接安装在液压马 达柱塞缸体端面上，代替配油盘，配油阀组与液压马达柱塞缸体端面之间没有 了相对滑动，也为柱塞式液压马达驱动压力成倍提高扫清了主要技术障碍。最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发 明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明 公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
权利要求
1、一种机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达，包括马达壳体、柱塞和驱动盘，其特征在于，还包括配油阀组和机液变扭矩驱动机构，所述配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成，一体阀中的高速开关高压供油阀与高速开关排油/补油阀的阀口面对面设置，两个阀芯的端面留有可供推拉杆的推拉杆头活动的空间；每个高速开关排油/补油阀的弹簧腔均与相应的柱塞腔连通，每个高速开关排油/补油阀的阀芯中间是可通的，柱塞腔通过弹簧腔和高速开关排油/补油阀的阀芯与高速开关高压供油阀的阀芯端面连通；所述每个高速开关排油/补油阀设有回油口，所述每个高速开关高压供油阀设有压力油口；所述柱塞的柱塞头与驱动盘相连，所述驱动盘与马达的伸出轴相连；所述推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机构相连；推拉杆头位于两个阀芯的端面之间；所述机液变扭矩驱动机构由推拉杆驱动环、轴承和倾角调节器组成；所述推拉杆驱动环安装在配油阀组的推拉杆侧，推拉杆驱动环的中间还设有内孔；液压马达的斜轴穿过内孔并与推拉杆驱动环相连；所述轴承安装在推拉杆驱动环背对配油阀组的一侧；所述倾角调节器安装在轴承背对推拉杆驱动环的一侧，并固定在马达壳体上。
2、 根据权利要求l所述的机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压 马达，其特征在于，在推拉杆与高速开关高压供油阀弹簧腔的接触位置处，还 设有密封圈。
3、 根据权利要求l所述的机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压 马达，其特征在于，所述推拉杆驱动环的四周均布了与柱塞数相同数量的孔， 与配油阀组中推拉杆的位置一一对应，推拉杆与各孔之间通过销钉固定连接。
4、 根据权利要求l所述的机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压 马达，其特征在于，所述倾角调节器包括一个径向调节块和一个倾角调节块， 倾角调节块位于轴承侧，径向调节块则压在液压马达的壳体上，两调节块之间 以圆柱面滑动连接，并依靠来自于轴承侧的液压力压紧固定，圆柱面的中心线 与径向调节块的滑动方向都是径向且相互垂直，并且圆柱面的中心线跟液压马达的斜轴倾角方向位于同一垂直剖面上。
5、一种适用于机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达的变扭 矩控制方法，其特征在于，包括以下步骤(1) 根据对输出负载大小的要求，调节倾角调节器中径向调节块偏离中心 位置的距离，用以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比；(2) 控制高速开关高压供油阀的开启时间，使得相应的柱塞即使在吸油阶 段，也只有部分时间压力油可以通过高速开关高压供油阀进入液压马达的柱塞 油腔，推动柱塞做功；吸油阶段的其余时间柱塞油腔均通过与回油口相通的高速开关排油/补油 阀，直接从回油口吸油，补充柱塞运动产生的空腔，但不会推动柱塞做功，确 保液压马达的平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在 整个柱塞吸油行程中的占空比成正比；(3 )通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节，输出与占空比成正比的平均扭矩，实现了机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达的变扭矩控制；占空比与平均扭矩 之间的关系为占空比二X开X2n二T/(DXPXrj机Xri阔)，推杆运动幅值X与占空比之间的关系为 占空比=XffX2n=arccos (x0/x) /90°,径向调节块离开其中间位置的偏移量y与推杆运动幅度x之间的关系为 x=yXtg(a/2);其中Xff为高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移，n为液压马达 输出轴的转速，T为需要获得的平均扭矩，D为液压马达的排量，P为压力油口 的压力，"#1为液压马达的机械效率，，为配油阀组控制柱塞腔的效率，xO为推 拉杆头与高速开关高压供油阀端面留出的间隙长度，a为径向调节块的圆柱面 延伸到推拉杆分布圆直径位置处所产生的弧度。
全文摘要
本发明涉及液压马达，旨在提供一种机液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达。该马达包括马达壳体、柱塞、驱动盘、配油阀组和机液变扭矩驱动机构，配油阀组由与柱塞个数相同数量的一体阀组成；每个一体阀由一个高速开关高压供油阀和相应的高速开关排油/补油阀构成；每个高速开关排油/补油阀设有回油口，每个高速开关高压供油阀设有压力油口；柱塞的柱塞头与驱动盘相连，驱动盘与马达的伸出轴相连；推拉杆的尾部从高速开关高压供油阀的弹簧腔穿出，与机液变扭矩驱动机构相连；推拉杆头位于两个阀芯的端面之间；机液变扭矩驱动机构用于驱动一体阀工作。本发明可实现开关变扭矩控制；节约大量的能耗；大大提高了液压马达的驱动压力。
文档编号F04B9/00GK101334013SQ200710069708
公开日2008年12月31日 申请日期2007年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者曹建伟, 李世伦, 峰 王, 顾临怡 申请人:浙江大学;杭州慧翔机电控制工程有限公司