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液壓馬達的種類及計算方法
發布時間:2012/4/11 17:03:29   閱讀:21397
 

特點

  從能量轉換的觀點來看,液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件,向任何一種液壓泵輸入工作液體,都可使其變成液壓馬達工況;反之,當液壓馬達的主軸由外力矩驅動旋轉時,也可變為液壓泵工況。因為它們具有同樣的基本結構要素--密閉而又可以周期變化的容積和相應的配油機構。

  但是,由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同,對它們的性能要求也不一樣,所以同類型的液壓馬達和液壓泵之間,仍存在許多差別。首先液壓馬達應能夠正、反轉,因而要求其內部結構對稱;液壓馬達的轉速范圍需要足夠大,特別對它的最低穩定轉速有一定的要求。因此,它通常都采用滾動軸承或靜壓滑動軸承;其次液壓馬達由于在輸入壓力油條件下工作,因而不必具備自吸能力,但需要一定的初始密封性,才能提供必要的起動轉矩。由于存在著這些差別,使得液壓馬達和液壓泵在結構上比較相似,但不能可逆工作。

分類

  液壓馬達按其結構類型來分可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其它型式。按液壓馬達的額定轉速分為高速和低速兩大類。額定轉速高于500r/min的屬于高速液壓馬達,額定轉速低于500r/min的屬于低速液壓馬達。高速液壓馬達的基本型式有齒輪式、螺桿式、葉片式和軸向柱塞式等。它們的主要特點是轉速較高、轉動慣量小、便于啟動和制動、調節(調速及換向)靈敏度高。通常高速液壓馬達輸出轉矩不大所以又稱為高速小轉矩液壓馬達。低速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式,此外在軸向柱塞式、葉片式和齒輪式中也有低速的結構型式,低速液壓馬達的主要特點是排量大、體積大轉速低(有時可達每分鐘幾轉甚至零點幾轉)、因此可直接與工作機構連接;不需要減速裝置,使傳動機構大為簡化,通常低速液壓馬達輸出轉矩較大,所以又稱為低速大轉矩液壓馬達。

主要結構形式與原理

葉片式液壓馬達

  由于壓力油作用,受力不平衡使轉子產生轉矩。葉片式液壓馬達的輸出轉矩與液壓馬達的排量和液壓馬達進出油口之間的壓力差有關,其轉速由輸入液壓馬達的流量大小來決定。由于液壓馬達一般都要求能正反轉,所以葉片式液壓馬達的葉片要徑向放置。為了使葉片根部始終通有壓力油,在回、壓油腔通人葉片根部的通路上應設置單向閥,為了確保葉片式液壓馬達在壓力油通人后能正常啟動,必須使葉片頂部和定子內表面緊密接觸,以保證良好的密封,因此在葉片根部應設置預緊彈簧。葉片式液壓馬達體積小、轉動慣量小、動作靈敏、可適用于換向頻率較高的場合;但泄漏量較大、低速工作時不穩定。因此葉片式液壓馬達一般用于轉速高、轉矩小和動作要求靈敏的場合。

徑向柱塞式液壓馬達

  徑向柱塞式液壓馬達工作原理,當壓力油經固定的配油軸4的窗口進入缸體內柱塞的底部時,柱塞向外伸出,緊緊頂住定子的內壁,由于定子與缸體存在一偏心距。在柱塞與定子接觸處,定子對柱塞的反作用力為 。力可分解為和 兩個分力。當作用在柱塞底部的油液壓力為p,柱塞直徑為d,力和之間的夾角為X時,力對缸體產生一轉矩,使缸體旋轉。缸體再通過端面連接的傳動軸向外輸出轉矩和轉速。

  以上分析的一個柱塞產生轉矩的情況,由于在壓油區作用有好幾個柱塞,在這些柱塞上所產生的轉矩都使缸體旋轉,并輸出轉矩。徑向柱塞液壓馬達多用于低速大轉矩的情況下。

  1.單作用連桿型徑向柱塞馬達

  如圖4-6、連桿馬達圖、軸配流液壓馬達圖、五角徑向馬達裝配動畫所示為單作用連桿型徑向柱塞馬達工作原理圖,其外型呈五角星狀。該馬達由殼體1、曲軸6、配流軸5、連桿3、柱塞2、和偏心輪4等零件組成。

  優點:結構簡單,工作可靠。

  缺點:體積大、重量大,轉扭脈動,低速穩定性較差。

  2.多作用內曲線柱塞馬達

  該馬達由配流軸1、缸體2、柱塞3、橫梁4、滾輪5、定子6和輸出軸7等組成。這種馬達的排量較單行程馬達增大了1倍。相當于有21個柱塞。由于當量柱塞數增加,在同樣工作壓力下,輸出扭矩相應增加,扭矩脈動率減小。有時這種馬達做成多排柱塞,柱塞數更多,輸出扭矩進一步增加,扭矩脈動率進一步減小。因此這種馬達可做成排量很大,并且可在很低轉速成下平穩運轉。由于馬達需要雙向旋轉,因此葉片槽呈徑向布置。

  3.柱塞式高速液壓馬達

  柱塞式高速液壓馬達一般都是軸向式。

軸向柱塞馬達

  軸向柱塞泵除閥式配流外,其它形式原則上都可以作為液壓馬達用,即軸向柱塞泵和軸向柱塞馬達是可逆的。軸向柱塞馬達的工作原理為,配油盤和斜盤固定不動,馬達軸與缸體相連接一起旋轉。當壓力油經配油盤的窗口進入缸體的柱塞孔時,柱塞在壓力油作用下外伸,緊貼斜盤斜盤對柱塞產生一個法向反力p,此力可分解為軸向分力及和垂直分力Q。Q與柱塞上液壓力相平衡,而Q則使柱塞對缸體中心產生一個轉矩,帶動馬達軸逆時針方向旋轉。軸向柱塞馬達產生的瞬時總轉矩是脈動的。若改變馬達壓力油輸入方向,則馬達軸按順時針方向旋轉。斜盤傾角a的改變、即排量的變化,不僅影響馬達的轉矩,而且影響它的轉速和轉向。斜盤傾角越大,產生轉矩越大,轉速越低。

齒輪液壓馬達

  齒輪馬達在結構上為了適應正反轉要求,進出油口相等、具有對稱性、有單獨外泄油口將軸承部分的泄漏油引出殼體外;為了減少啟動摩擦力矩,采用滾動軸承;為了減少轉矩脈動齒輪液壓馬達的齒數比泵的齒數要多。

  齒輪液壓馬達由干密封性差、容租效率較低、輸入油壓力不能過高、不能產生較大轉矩。并且瞬間轉速和轉矩隨著嚙合點的位置變化而變化,因此齒輪液壓馬達僅適合于高速小轉矩的場合。一般用于工程機械、農業機械以及對轉矩均勻性要求不高的機械設備上。

高速液壓馬達

  額定轉速高于500r/min的馬達屬于高速馬達。高速馬達的基本形式有齒輪式、葉片式和軸向柱塞式。它們主要特點是轉速高,轉動慣量小,便于啟動、制動、調速和換向。

低速液壓馬達

  轉速低于500r/min的液壓馬達屬于低速液壓馬達。它的基本形式是徑向柱塞式。低速液壓馬達的主要特點是:排量大,體積大,轉速低,可以直接與工作機構連接,不需要減速裝置,使傳動機構大大簡化,低速液壓馬達的輸出扭矩較大,可達幾千到幾萬Nm,因此又稱為低速大扭矩液壓馬達。

液壓馬達主要參數計算

1.工作壓力與額定壓力

  工作壓力:輸入馬達油液的實際壓力,其大小決定于馬達的負載。

  馬達進口壓力與出口壓力的差值稱為馬達的壓差。

  額定壓力:按試驗標準規定,使馬達連續正常工作的最高壓力。

2.排量和流量

  

排量:在不考慮泄漏的情況下,液壓馬達每轉一弧度多需要輸入液體的體積。Vm (m3/rad)

  流量

  不計泄漏時的流量稱理論流量qMt,考慮泄漏流量為實際流量qM。

3.容積效率和轉速

  

容積效率ηMv:實際輸入流量與理論輸入流量的比值,

4.轉矩和機械效率

  在不計馬達的損失情況下,其輸出功率等于輸入功率。

  實際轉矩T:由于馬達實際存在機械損失而產生損失扭矩ΔT,使得比理論扭矩Tt小,即馬達的機械效率ηMm:等于馬達的實際輸出扭矩與理論輸出扭矩的比.

5.功率和總效率

  馬達實際輸入功率為pqM,實際輸出功率為Tω。

  馬達總效率ηM:實際輸出功率與實際輸入功率的比值[1].

液壓馬達回路

  液壓馬達有兩種回路:即液壓馬達串聯回路和液壓馬達制動回路,而這兩種回路又可以再進行下一層分類

  液壓馬達串聯回路之一:將三個液壓馬達彼此串聯,用一個換向閥控制其開停及轉向。三個馬達所通過的流量基本相等,在其排量相同時,各馬達轉速也基本一樣,要求液壓泵的供油壓力較高,泵的流量則可以較小,一般用于輕載高速的場合。

  液壓馬達串聯回路之二:本回路每一個換向閥控制一個馬達,各馬達可以單獨動作,也可以同時動作,并且各馬達的轉向也是任意的。液壓泵的供油壓力為各馬達的工作壓差之和,適用于高速小扭矩場合。

  液壓馬達并聯回路之一:兩個液壓馬達通過各自的換向閥與調速閥控制,可同時運轉與單獨運轉,可分別進行調速,并且可做到速度基本不變。不過用節流調速,功率損失較大,兩馬達有各自的工作壓差,其轉速取決于各自所通過的流量。

  液壓馬達并聯回路之二:兩個液壓馬達的軸剛性聯接在一起,當換向閥3在左位時,馬達2只能隨馬達1空轉,只有馬達1輸出轉矩。若馬達1輸出扭矩不能滿足載荷要求時,將閥3置于右位,此時雖然扭矩增加,但轉速要相應降低。

  液壓馬達串并聯回路:電磁閥1帶電時,液壓馬達2和3相串聯,電磁閥1斷電時,馬達2和3并聯。串聯時兩馬達通過相同的流量,轉速比并聯時高,而并聯時兩馬達工作壓差相同,但轉速較低。    動力元件:齒輪泵、葉片泵、柱塞泵、螺桿泵;

  執行元件:液壓缸、活塞液壓缸、柱塞液壓缸、擺動液壓缸、組合液壓缸;

  液壓馬達:齒輪式液壓馬達、葉片液壓馬達、柱塞液壓馬達;

  控制元件:方向控制閥、單向閥、換向閥;

  壓力控制閥:溢流閥、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等;

  流量控制閥:節流閥、調速閥、分流閥;

  輔助元件:蓄能器、過濾器、冷卻器、加熱器、油管、管接頭、油箱、壓力計、流量計、密封裝置等

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