任务3.1.2　液压马达的选用与维护

一、液压马达的工作原理

液压马达是把液体的压力能转换为连续回转的机械能的液压执行元件。从原理上讲,泵和马达具有可逆性,其结构与液压泵基本相同。但由于它们的功用和工作状况不同,故在结构上存在着一定的差别。液压马达按其结构类型分为:齿轮式、叶片式、柱塞式和其他形式。下面以轴向柱塞式液压马达为例,说明液压马达的工作原理,如图3-18所示。

斜盘1和配油盘4固定不动,柱塞3可在缸体2的孔内移动。斜盘中心线和缸体中心线相交一个倾角α。高压油经配油盘的窗口进入缸体的柱塞孔时,高压腔的柱塞被顶出,压在斜盘上。斜盘对柱塞的反作用力F分解为轴向分力Fx和垂直分力Fy,Fy则产生使缸体发生旋转的转矩,带动轴5转动。随着柱塞和缸体垂直中心线的夹角的变化,每个柱塞产生的转矩是变化的。液压马达对外输出的总的转矩也是脉动的。液压马达输出的转矩就是处于高压腔柱塞产生的转矩的总和,设柱塞和缸体的垂直中心线成α角,即

图3-18　轴向柱塞式液压马达

1—斜盘;2—缸体;3—柱塞;4—配油盘;5—轴

式中,R为柱塞在缸体中的分布圆半径(mm)。

该力矩T带动缸体旋转,当液压马达的进油口、回油口互换时,液压马达将反向转动。若改变斜盘倾角的大小,就改变了液压马达的排量;若改变斜盘倾角的方向,就改变了液压马达的旋转方向。轴向柱塞式液压马达效率高,多用于大功率、转矩范围大的场合。它也能获得较低的转速,目前已被广泛用于各种自动控制液压系统中,但其价格比较昂贵。

二、液压马达的图形符号与结构特点

1.液压马达的图形符号

液压马达的图形符号及实物图如图3-19所示。

图3-19　液压马达的图形符号及实物图

(a)单向定量液压马达;(b)单向变量液压马达;(c)双向定量液压马达;(d)双向变量液压马达;(e)实物图

2.液压马达的结构特点

液压马达按其额定转速分为高速和低速两大类,额定转速高于500r/min的属于高速液压马达,额定转速低于500r/min的属于低速液压马达。

高速液压马达的基本形式有齿轮式、螺杆式、叶片式和轴向柱塞式等。它们的主要特点是转速较高、转动惯量小,便于启动和制动,调速和换向的灵敏度高。通常高速液压马达的输出转矩不大(仅几十N·m到几百N·m),所以又称为高速小转矩液压马达,高速液压马达的基本形式是径向柱塞式。

此外在轴向柱塞式、叶片式和齿轮式中也有低速的结构形式。低速液压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低(有时可达每分钟几转甚至零点几转),因此可直接与工作机构连接,不需要减速装置,使传动机构大为简化,通常低速液压马达输出转矩较大(可达几万N·m),所以又称为低速大转矩液压马达。

同类型的液压泵和液压马达虽然在结构上相似,但由于两者的工作情况不同,使得两者在结构上也有某些差异。例如:

(1)液压马达一般需要正反转,在内部结构上应具有对称性,而液压泵一般是单方向旋转,没有此要求。

(2)为了减小吸油阻力,减小径向力,一般液压泵的吸油口比出油口的尺寸大。而液压马达低压腔的压力稍高于大气压力,所以没有上述要求。

(3)液压马达要求能在很宽的转速范围内正常工作,因此,应采用液动轴承或静压轴承。因为当马达速度很低时,若采用动压轴承,就不易形成润滑滑膜。

(4)叶片泵依靠叶片跟转子一起高速旋转而产生的离心力使叶片始终贴紧定子的内表面,起封油作用,形成工作容积。若将其当马达用,必须在液压马达的叶片根部装上弹簧,以保证叶片始终贴紧定子内表面,以便马达能正常启动。

(5)液压泵在结构上需保证具有自吸能力,而液压马达就没有这一要求。

(6)液压马达必须具有较大的启动扭矩。所谓启动扭矩,就是马达由静止状态启动时,马达轴上所能输出的扭矩,该扭矩通常大于在同一工作压差时处于运行状态下的扭矩。

由于液压马达与液压泵具有上述不同的特点,使得很多类型的液压马达和液压泵不能互逆使用。

三、液压马达的性能指标及使用注意事项

液压马达的性能参数具体如下:

1.容积效率和转速

容积效率:由于有泄漏损失,为了达到液压马达所要求的转速,实际输入的流量q必须大于理论输入流量qt。根据液压动力元件的工作原理可知,马达转速n、理论流量qt、容积效率ηv与排量之间具有下列关系:

2.液压马达的转矩和机械效率

由于有摩擦损失,液压马达的实际输出转矩T一定小于理论转矩Tt。

式中,ηm为液压马达的机械效率(%)。

如果不计损失,从理论上讲,液压马达输入的液压功率应当全部转化为液压马达的输出机械功率,即二者相等。液压马达进、出口之间的压力差为Δp,输入液压马达的理论流量为qt,液压马达的输出理论转矩为Tt,则液压马达的理论输出功率为

所以液压马达的理论转矩为

将式(3-8)代入式(3-10),液压马达的实际输出转矩为

3.液压马达的总效率η

液压马达的总效率为输出功率与输入功率的比值,即

4.调速范围

当负载从低速到高速在很宽的范围内工作时,也要求液压马达能在较大的调速范围下工作,否则就需要有能换挡的变速机构,使传动机构复杂化。液压马达的调速范围以允许的最大转速和最低稳定转速之比表示,即

四、液压马达的常见故障及排除方法

液压马达的常见故障及排除方法见表3-4。

表3-4　液压马达的常见故障及排除方法

续表