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液压马达知识

发布时间:2017/11/3 19:07:27 浏览次数:422

一、液压马 达的特点及分类 

液压马 达是把液体的压力能转换为机械能的装置,从原理上讲,液压泵 可以作液压马达用,液压马 达也可作液压泵用。但事实 上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,所以在 内部结构上应具有对称性,而液压 泵一般是单方向旋转的,没有这一要求。 

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,以便马达能正常起动。 

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 达必须具有较大的起动扭矩。所谓起动扭矩,就是马 达由静止状态起动时,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,所以,为了使 起动扭矩尽可能接近工作状态下的扭矩,要求马 达扭矩的脉动小,内部摩擦小。 

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。 

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 压马达的基本型式有齿轮式、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(仅几十牛·米到几百牛·米),所以又 称为高速小转矩液压马达。 

高速液 压马达的基本型式是径向柱塞式,例如单 作用曲轴连杆式、液压平 衡式和多作用内曲线式等。此外在轴向柱塞式、叶片式 和齿轮式中也有低速的结构型式。低速液 压马达的主要特点是排量大、体积大、转速低(有时可 达每分种几转甚至零点几转),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(可达几千牛顿·米到几万牛顿·米),所以又 称为低速大转矩液压马达。 

液压马 达也可按其结构类型来分,可以分为齿轮式、叶片式、柱塞式和其他型式。 

二、液压马达的性能参数 

液压马 达的性能参数很多。下面是 液压马达的主要性能参数: 

1.排量、流量和容积效率 

习惯上 将马达的轴每转一周,按几何 尺寸计算所进入的液体容积,称为马达的排量V,有时称之为几何排量、理论排量,即不考 虑泄漏损失时的排量。 

液压马 达的排量表示出其工作容腔的大小,它是一个重要的参数。因为液 压马达在工作中输出的转矩大小是由负载转矩决定的。但是,推动同样大小的负载,工作容 腔大的马达的压力要低于工作容腔小的马达的压力,所以说 工作容腔的大小是液压马达工作能力的主要标志,也就是说,排量的 大小是液压马达工作能力的重要标志。 

根据液 压动力元件的工作原理可知,马达转速n、理论流量qi与排量V之间具有下列关系 

qi=nV (4-1) 

式中:qi为理论流量(m3/s);n为转速(r/min);V为排量(m3/s)。 

为了满足转速要求,马达实际输入流量q大于理论输入流量,则有: 


q= qi+Δq (4-2) 

式中:Δq为泄漏流量。 

ηv=qi/q=1/(1+Δq/qi) (4-3) 

所以得实际流量 

q=qi/ηv (4-4) 

2.液压马 达输出的理论转矩 

根据排量的大小,可以计 算在给定压力下液压马达所能输出的转矩的大小,也可以 计算在给定的负载转矩下马达的工作压力的大小。当液压马达进、出油口 之间的压力差为 ΔP,输入液 压马达的流量为q,液压马 达输出的理论转矩为Tt,角速度为ω,如果不计损失,液压马 达输入的液压功率应当全部转化为液压马达输出的机械功率,即: 

ΔPq=Ttω (4-5) 

又因为ω=2πn,所以液 压马达的理论转矩为: 

Tt=ΔP·V/2π (4-6) 

式中:ΔP为马达 进出口之间的压力差。 

3. 液压马达的机械效率 

由于液 压马达内部不可避免地存在各种摩擦,实际输出的转矩T总要比理论转矩Tt小些,即: 

T=Ttηm (4-7) 

式中:ηm为液压 马达的机械效率(%)。 

4. 液压马 达的启动机械效率ηm 

液压马 达的启动机械效率是指液压马达由静止状态起动时,马达实际输出的转矩T0与它在 同一工作压差时的理论转矩Tt之比。即: 

ηm0=T/Tt (4-8) 

液压马 达的启动机械效率表示出其启动性能的指标。因为在同样的压力下,液压马 达由静止到开始转动的启动状态的输出转矩要比运转中的转矩大,这给液 压马达带载启动造成了困难,所以启 动性能对液压马达是非常重要的,启动机 械效率正好能反映其启动性能的高低。启动转矩降低的原因,一方面 是在静止状态下的摩擦因数最大,在摩擦 表面出现相对滑动后摩擦因数明显减小,另一方 面也是最主要的方面是因为液压马达静止状态润滑油膜被挤掉,基本上变成了干摩擦。一旦马达开始运动,随着润滑油膜的建立,摩擦阻力立即下降, 

并随滑 动速度增大和油膜变厚而减小。 

实际工 作中都希望启动性能好一些,即希望 启动转矩和启动机械效率大一些。现将不同结构形式的液压马 达的启动机械效率ηm0的大致数值列入表4-1中。 

表4-1 液压马 达的启动机械效率 

液压马达的结构形式 
启动机械效率ηm0/% 

齿轮马达 
老结构 
0.60~0.80 

新结构 
0.85~0.88 

叶片马达 
高速小扭矩型 
0.75~0.85 

轴向柱塞马达 
滑履式 
0.80~0.90 

非滑履式 
0.82~0.92 

曲轴连杆马达 
老结构 
0.80~0.85 

新结构 
0.83~0.90 

静压平衡马达 
老结构 
0.80~0.85 

新结构 
0.83~0.90 

多作用内曲线马达 
由横梁 的滑动摩擦副传递切向力 
0.90~0.94 

传递切 向力的部位具有滚动副 
0.95~0.98 

由表4-1可知,多作用 内曲线马达的启动性能最好,轴向柱塞马达、曲轴连 杆马达和静压平衡马达居中,叶片马达较差,而齿轮马达最差。 

5. 液压马达的转速 

液压马 达的转速取决于供液的流量和液压马达本身的排量V,可用下式计算: 

nt=qi/V (4-9) 

式中:nt为理论转速(r/min)。 

由于液 压马达内部有泄漏,并不是 所有进入马达的液体都推动液压马达做功,一小部 分因泄漏损失掉了。所以液 压马达的实际转速要比理论转速低一些。 

n=nt·ηv (4-10) 

式中:n为液压 马达的实际转速(r/min);ηv为液压 马达的容积效率(%)。 

6. 最低稳定转速 

最低稳 定转速是指液压马达在额定负载下,不出现 爬行现象的最低转速。所谓爬行现象,就是当 液压马达工作转速过低时,往往保 持不了均匀的速度,进入时 动时停的不稳定状态。 

液压马 达在低速时产生爬行现象的原因是: 

(1)摩擦力的大小不稳定。 通常的 摩擦力是随速度增大而增加的,而对静 止和低速区域工作的易拉罐剥盖机内部的摩擦阻力,当工作 速度增大时非但不增加,反而减少,形成了所谓“负特性”的阻力。另一方面,液压马 达和负载是由液压油被压缩后压力升高而被推动的,因此,可用图4-1(a)所示的 物理模型表示低速区域液压马达的工作过程:以匀速v0推弹簧的一端(相当于 高压下不可压缩的工作介质),使活性炭厂家为m的物体(相当于 马达和负载质量、转动惯量)克服“负特性”的活性 炭价格阻力而运动。当物体 静止或速度很低时阻力大,弹簧不断压缩,增加推力。只有等 到弹簧压缩到其推力大于静摩擦力时才开始运动。一旦物体开始运动,阻力突然减小,物体突然加速跃动,其结果 又使弹簧的压缩量减少,推力减小,物体依 靠惯性前移一段路程后停止下来,直到弹 簧的移动又使弹簧压缩,推力增加,物体就 再一次跃动为止,形成如图4-1(b)所示的 时动时停的状态,对液压马达来说,这就是爬行现象。 


图4-1液压马 达爬行的物理模型 


(2)泄漏量大小不稳定。 液压马 达的泄漏量不是每个瞬间都相同,它也随 转子转动的相位角度变化作周期性波动。由于低 速时进入马达的流量小,泄漏所 占的比重就增大,泄漏量 的不稳定就会明显地影响到参与无烟煤滤料工作的流量数值,从而造成转速的波动。当马达在低速运转时,其转动 部分及所带的负载表现出的惯性较小,上述影响比较明显,因而出现爬行现象。 

实际工作中,一般都 期望最低稳定转速越小越好。 

7. 最高使用转速 

液压马 达的最高使用转速主要受使用寿命和机械效率的限制,转速提高后,各运动副的磨损加剧,使用寿命降低,转速高 则液压马达需要输入的流量就大,因此各 过流部分的流速相应增大,压力损失也随之增加,从而使机械效率降低。 

对某些液压马达,转速的 提高还受到背压的限制。例如曲 轴连杆式液压马达,转速提高时,回油背 压必须显著增大才能保证连杆不会撞击曲轴表面,从而避免了撞击现象。随着转速的提高,回油腔 所需的背压值也应随之提高。但过分的提高背压,会使液 压马达的效率明显下降。为了使 马达的效率不致过低,马达的转速不应太高。 

8. 调速范围 

液压马 达的调速范围用最高使用转速和最低稳定转速之比表示,即: 

i=nmax/nmin (4-11) 

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