专利名称：电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，是涉及一种电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，以使处在供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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种电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。
一种电液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达，包括马达壳体和斜盘，还包括开关变扭矩阀控配油组件、电-机械转换器、驱动放大器、电刷、感应环和电子控制器；所述开关变扭矩阀控配油组件包括柱塞和配油阀组，所述配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均装在阀板上；所述阀板的一面设有前盖板，另一面设有后盖板；每个高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均连接有电-机械转换器，每个电-机械转换器均连接有驱动放大器；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均由推杆、阀芯和弹簧组成，所述阀芯的一端和推杆相连，阀芯上套有弹簧，推杆的另一端与电-机械转换器连接；所述电-机械转换器用于控制推杆的运动；所述高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；所述高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；所述电刷由驱动部分和与其相连的接收部分组成，驱动部分安装在马达壳体上，用于连接液压马达外接的电源；接收部分安装在配油阀组上并与所有驱动放大器相连，用于为驱动放大器供电。
所述感应环由驱动部分和与其相连的接收部分组成，驱动部分安装在马达壳体上，用于检测液压马达的转角信号；接收部分安装在配油阀组上并与驱动放大器相连，用于传送由驱动部分传来的信号给驱动放大器；所述电子控制器安装在马达壳体上并与各感应环相连，并根据感应环驱动部分获得的转角信号给出各阀开关的控制信号，以确保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。
作为一种改进，所述推杆的一端穿过后盖板与电-机转换器相连。
作为一种改进，所述感应环的接收部分是2N对金属导线，每对金属导线与每个驱动放大器对应连接，用来控制各阀的开关；其中N为柱塞数量。
作为一种改进，所述感应环的驱动部分是由均匀分布在环上的感应元件组成；感应元件的数量是所需的高速开关信号占空比分辨率倒数的2倍，每个感应元件都与电子控制器相连。
一种适用于电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)感应环检测获得液压马达的输出轴旋转角度，电子控制器根据该旋转角度，通过驱动放大器和电-机械转换器对配油阀组中的高速开关阀进行开关控制，使得控制信号的相位角与液压马达伸出轴的旋转角度完全吻合，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；
(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，实现了电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＝X开×2n＝T/(D×P×η机×η阀)，其中X开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，η机为液压马达的机械效率，η阀为配油阀组控制柱塞腔的效率。
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)本发明的阀控配油组件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，由于阀控配油组件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1是本发明示意图。
图2是本发明阀控配油组件结构示意图。
图3是是本发明柱塞位置与动作流程图。
图4是本发明电刷安装结构示意图。
图5是本发明感应环安装结构示意图。
图中，1电-机械转换器、2高速开关高压供油阀、3高速开关排油/补油阀、4柱塞缸体、5柱塞腔、6柱塞、7电刷、8感应环、9电子控制器、10伸出轴、11旋转缸筒、12马达壳体、13压力油口、14回油口、15泄油口、21驱动放大器、28前盖板、29阀板、30后盖板、31高速开关排油/补油阀弹簧腔、32高速开关高压供油阀入口端、33高速开关高压供油阀出口端、42导电环、43电源供电线、56感应元件、57接受器件及控制信号线。
具体实施例方式
结合附图，下面对本发明进行详细说明。
一种电液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达，包括马达壳体和斜盘，还包括开关变扭矩阀控配油组件、电-机械转换器、驱动放大器、电刷、感应环和电子控制器；开关变扭矩阀控配油组件包括柱塞和配油阀组，配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均装在阀板上；所述阀板的一面设有前盖板，另一面设有后盖板；每个高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均连接有电-机械转换器，每个电-机械转换器均连接有驱动放大器；高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均由推杆、阀芯和弹簧组成，阀芯的一端和推杆相连，阀芯上套有弹簧，推杆的另一端穿过后盖板与电-机械转换器相连；电-机械转换器用于控制推杆的运动；高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；所述高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；电-机械转换器通过控制推杆的运动而驱动配油阀组中的各个高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀，每个阀配一个，是跟着柱塞缸筒一起回转的。其驱动放大器也装在一起，也跟着柱塞缸筒一起回转。
由于该液压马达的斜盘倾角方向是固定的，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，通过驱动放大器和电-机械转换器对配油阀组中的高速开关阀进行开关控制，使得控制信号的相位角与液压马达伸出轴的旋转角度完全吻合，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。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缸体回转的功能。
电刷分两体，驱动部分安装在液压马达的壳体上，接收部分则安装在液压马达的配油阀组上。接收部分是一个完整的导电环，连到所有驱动放大器的供电端，为这些驱动放大器供电。驱动部分则连到液压马达外接的电源上。通过电刷的旋转连接，无论柱塞缸筒怎么回转，各驱动放大器总能获得连续、稳定的供电。
感应环也分两体，驱动部分安装在液压马达的壳体上，接收部分则安装在液压马达的配油阀组上。接收部分是2N对金属导线，分别接到这2N个高速开关阀的驱动放大器的信号输入端，用来控制这2N个高速开关阀的强行开关。N为该液压马达的柱塞数量。驱动部分并不是一个单一的感应驱动元件，而是由上百个均布在环上的感应驱动元件组成。与高速开关高压供油阀对应的感应元件的数量等于所需的高速开关信号占空比分辨率倒数的2倍，每个感应元件都由与之直接相连的电子控制器单独控制。只有在感应驱动元件有效作用的情况下，它对应位置的接收部分金属导线才能获得信号，让对应的高速开关阀动作。
电子控制器则根据感应环驱动部分各感应元件在马达壳体上的安装位置与斜盘的夹角，给出控制各阀的开关信号，以确保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。同时根据对输出负载大小的要求，对各高速开关高压供油阀的开关时间占空比进行实时调节，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，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。它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。占空比与平均扭矩之间的关系为
占空比＝X开×2n＝T/(D×P×η机×η阀)，其中X开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，η机为液压马达的机械效率，η阀为配油阀组控制柱塞腔的效率。
下面结合附图3，当柱塞处于状态1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。
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，将本发明的配油阀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
1.一种电液开关变扭矩配油型旋转缸筒式定量柱塞液压马达，包括马达壳体和斜盘，其特征在于，还包括开关变扭矩阀控配油组件、电-机械转换器、驱动放大器、电刷、感应环和电子控制器；所述开关变扭矩阀控配油组件包括柱塞和配油阀组，所述配油阀组由前盖板、阀板、后盖板、高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀组成；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均装在阀板上；所述阀板的一面设有前盖板，另一面设有后盖板；每个高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均连接有电-机械转换器，每个电-机械转换器均连接有驱动放大器；所述高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀均由推杆、阀芯和弹簧组成，所述阀芯的一端和推杆相连，阀芯上套有弹簧，推杆的另一端与电-机械转换器连接；所述电-机械转换器用于控制推杆的运动；所述高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；所述高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连；所述电刷由驱动部分和与其相连的接收部分组成，驱动部分安装在马达壳体上，用于连接液压马达外接的电源；接收部分安装在配油阀组上并与所有驱动放大器相连，用于为驱动放大器供电。所述感应环由驱动部分和与其相连的接收部分组成，驱动部分安装在马达壳体上，用于检测液压马达的转角信号；接收部分安装在配油阀组上并与驱动放大器相连，用于传送由驱动部分传来的信号给驱动放大器；所述电子控制器安装在马达壳体上并与各感应环相连，并根据感应环驱动部分获得的转角信号给出各阀开关的控制信号，以确保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。
2.根据权利要求1所述的电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，所述推杆的一端穿过后盖板与电-机转换器相连。
3.根据权利要求1所述的电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，所述感应环的接收部分是2N对金属导线，每对金属导线与每个驱动放大器对应连接，用来控制各阀的开关；其中N为柱塞数量。
4.根据权利要求1所述的电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，所述感应环的驱动部分是由均匀分布在环上的感应元件组成；感应元件的数量是所需的高速开关信号占空比分辨率倒数的2倍，每个感应元件都与电子控制器相连。
5.一种适用于电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)感应环检测获得液压马达的输出轴旋转角度，电子控制器根据该旋转角度，通过驱动放大器和电-机械转换器对配油阀组中的高速开关阀进行开关控制，使得控制信号的相位角与液压马达伸出轴的旋转角度完全吻合，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；(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，实现了电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＝X开×2n＝T/(D×P×η机×η阀)，其中X开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，η机为液压马达的机械效率，η阀为配油阀组控制柱塞腔的效率。
全文摘要
本发明涉及液压马达，旨在提供一种电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、斜盘、开关变扭矩阀控配油组件、电－机械转换器、驱动放大器、电刷、感应环和电子控制器；开关变扭矩阀控配油组件包括配油阀组，配油阀组包括高速开关高压供油阀和高速开关排油/补油阀；每个阀均连接电－机械转换器，每个电－机械转换器均连接驱动放大器；高速开关高压供油阀的入口端与压力油口相连，出口端与柱塞的柱塞腔相连；高速开关排油/补油阀的弹簧腔一端与柱塞的柱塞腔相连，另一端与回油口相连。本发明实现了开关变扭矩控制，节约了大量能耗；阀控配油组件直接安装在液压马达柱塞缸体端面上，大大提高了液压马达的驱动压力。
文档编号F03C1/00GK101074658SQ20071006931
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月15日 优先权日2007年6月15日
发明者顾临怡, 李世伦, 曹建伟, 王峰 申请人:杭州慧翔电液技术开发有限公司