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一、特點及分類
液壓馬達是把液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能的裝置,從原理上講,液壓泵可以作液壓馬達用,液壓馬達也可作液壓泵用。但事實上同類型的液壓泵和液壓馬達雖然在結構上相似,但由于兩者的工作情況不同,使得兩者在結構上也有某些差異。例如:
1.液壓馬達一般需要正反轉(zhuǎn),所以在內(nèi)部結構上應具有對稱性,而液壓泵一般是單方向旋轉(zhuǎn)的,沒有這一要求。
2.為了減小吸油阻力,減小徑向力,一般液壓泵的吸油口比出油口的尺寸大。而液壓馬達低壓腔的壓力稍高于大氣壓力,所以沒有上述要求。
3.液壓馬達要求能在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)正常工作,因此,應采用液動軸承或靜承。因為當馬達速度很低時,若采用動承,就不易形成潤滑滑膜。
4.葉片泵依靠葉片跟轉(zhuǎn)子一起高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力使葉片始終貼緊定子的內(nèi)表面,起封油作用,形成工作容積。若將其當馬達用,必須在液壓馬達的葉片根部裝上彈簧,以保證葉片始終貼緊定子內(nèi)表面,以便馬達能正常起動。
5.液壓泵在結構上需保證具有自吸能力,而液壓馬達就沒有這一要求。
6.液壓馬達必須具有較大的起動扭矩。所謂起動扭矩,就是馬達由靜止狀態(tài)起動時,馬達軸上所能輸出的扭矩,該扭矩通常大于在同一工作壓差時處于運行狀態(tài)下的扭矩,所以,為了使起動扭矩盡可能接近工作狀態(tài)下的扭矩,要求馬達扭矩的脈動小,內(nèi)部摩擦小。
由于液壓馬達與液壓泵具有上述不同的特點,使得很多類型的液壓馬達和液壓泵不能互逆使用。
液壓馬達按其額定轉(zhuǎn)速分為高速和低速兩大類,額定轉(zhuǎn)速高于500r/min的屬于高速液壓馬達,額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速較高、轉(zhuǎn)動慣量小,便于啟動和制動,調(diào)速和換向的靈敏度高。通常高速液壓馬達的輸出轉(zhuǎn)矩不大(僅幾十牛·米到幾百牛·米),所以又稱為高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達。
高速液壓馬達的基本型式是徑向柱塞式,例如單作用曲軸連桿式、液壓平衡式和多作用內(nèi)曲線式等。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(zhuǎn)速低(有時可達每分種幾轉(zhuǎn)甚至零點幾轉(zhuǎn)),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(zhuǎn)矩較大(可達幾千牛頓·米到幾萬牛頓·米),所以又稱為低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達。
液壓馬達也可按其結構類型來分,可以分為齒輪式、葉片式、柱塞式和其他型式。
二、液壓馬達的性能參數(shù)
液壓馬達的性能參數(shù)很多。下面是液壓馬達的主要性能參數(shù):
1.排量、流量和容積效率 習慣上將馬達的軸每轉(zhuǎn)一周,按幾何尺寸計算所進入的液體容積,稱為馬達的排量V,有時稱之為幾何排量、理論排量,即不考慮泄漏損失時的排量。
液壓馬達的排量表示出其工作容腔的大小,它是一個重要的參數(shù)。因為液壓馬達在工作中輸出的轉(zhuǎn)矩大小是由負載轉(zhuǎn)矩決定的。但是,推動同樣大小的負載,工作容腔大的馬達的壓力要低于工作容腔小的馬達的壓力,所以說工作容腔的大小是液壓馬達工作能力的主要標志,也就是說,排量的大小是液壓馬達工作能力的重要標志。
根據(jù)液壓動力元件的工作原理可知,馬達轉(zhuǎn)速n、理論流量qi與排量V之間具有下列關系
qi=nV (4-1)
式中:qi為理論流量(m3/s);n為轉(zhuǎn)速(r/min);V為排量(m3/s)。
為了滿足轉(zhuǎn)速要求,馬達實際輸入流量q大于理論輸入流量,則有:
q= qi+Δq (4-2)
式中:Δq為泄漏流量。
ηv=qi/q=1/(1+Δq/qi) (4-3)
所以得實際流量
q=qi/ηv (4-4)
2.液壓馬達輸出的理論轉(zhuǎn)矩 根據(jù)排量的大小,可以計算在給定壓力下液壓馬達所能輸出的轉(zhuǎn)矩的大小,也可以計算在給定的負載轉(zhuǎn)矩下馬達的工作壓力的大小。當液壓馬達進、出油口之間的壓力差為ΔP,輸入液壓馬達的流量為q,液壓馬達輸出的理論轉(zhuǎn)矩為Tt,角速度為ω,如果不計損失,液壓馬達輸入的液壓功率應當全部轉(zhuǎn)化為液壓馬達輸出的機械功率,即:
ΔPq=Ttω (4-5)
又因為ω=2πn,所以液壓馬達的理論轉(zhuǎn)矩為:
Tt=ΔP·V/2π (4-6)
式中:ΔP為馬達進出口之間的壓力差。
3.液壓馬達的機械效率 由于液壓馬達內(nèi)部不可避免地存在各種摩擦,實際輸出的轉(zhuǎn)矩T總要比理論轉(zhuǎn)矩Tt小些,即:
T=Ttηm (4-7)
式中:ηm為液壓馬達的機械效率(%)。
4.液壓馬達的啟動機械效率ηm 液壓馬達的啟動機械效率是指液壓馬達由靜止狀態(tài)起動時,馬達實際輸出的轉(zhuǎn)矩T0與它在同一工作壓差時的理論轉(zhuǎn)矩Tt之比。即:
ηm0=T/Tt (4-8)
液壓馬達的啟動機械效率表示出其啟動性能的指標。因為在同樣的壓力下,液壓馬達由靜止到開始轉(zhuǎn)動的啟動狀態(tài)的輸出轉(zhuǎn)矩要比運轉(zhuǎn)中的轉(zhuǎn)矩大,這給液壓馬達帶載啟動造成了困難,所以啟動性能對液壓馬達是非常重要的,啟動機械效率正好能反映其啟動性能的高低。啟動轉(zhuǎn)矩降低的原因,一方面是在靜止狀態(tài)下的摩擦因數(shù)zui大,在摩擦表面出現(xiàn)相對滑動后摩擦因數(shù)明顯減小,另一方面也是zui主要的方面是因為液壓馬達靜止狀態(tài)潤滑油膜被擠掉,基本上變成了干摩擦。一旦馬達開始運動,隨著潤滑油膜的建立,摩擦阻力立即下降,
并隨滑動速度增大和油膜變厚而減小。
實際工作中都希望啟動性能好一些,即希望啟動轉(zhuǎn)矩和啟動機械效率大一些?,F(xiàn)將不同結構形式的液壓馬達的啟動機械效率ηm0的大致數(shù)值列入表4-1中。
表4-1 液壓馬達的啟動機械效率
液壓馬達的結構形式 啟動機械效率ηm0/%
齒輪馬達 老結構 0.60~0.80
新結構 0.85~0.88
葉片馬達 高速小扭矩型 0.75~0.85
軸向柱塞馬達 滑履式 0.80~0.90
非滑履式 0.82~0.92
曲軸連桿馬達 老結構 0.80~0.85
新結構 0.83~0.90
靜壓平衡馬達 老結構 0.80~0.85
1、葉片馬達與相比具有以下幾個特點:
(1)葉片底部有彈簧,保證在初始條件下葉片貼近內(nèi)表面,形成密封容積;
(2) 泵殼內(nèi)含有兩個單向閥。進、回油腔的壓力經(jīng)單向閥選擇后再進葉片底部
(3)葉片槽是徑向的。這是因為液壓馬達都要旋轉(zhuǎn)之故。
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2.徑向柱塞式液壓馬達
與泵的情況相反,低速大扭矩馬達多數(shù)采用徑向柱塞式結構。圖為低速大扭矩液壓馬達的典型結構。馬達有五個活塞,殼體上有五個缸,外形像星,又稱為星形馬達。連桿一端通過球鉸與活塞連接在一起;另一端為圓弧表面,圓弧半徑與偏心偏心輪半徑一致。兩個圓環(huán)套在連桿圓弧外面,使連桿即能沿著偏心輪的圓弧表面滑動而又不能脫開。輸出軸左端通過聯(lián)軸器使配流軸同步旋轉(zhuǎn)
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