一種柱塞馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化探討研究

摘? 要：液壓馬達(dá)是液壓系統(tǒng)應(yīng)用中非常重要的執(zhí)行元件。液壓馬達(dá)的種類頁比較多，主要有鋼球馬達(dá)，擺線馬達(dá)，內(nèi)五星馬達(dá)，外五星馬達(dá)，內(nèi)曲線液壓馬達(dá)，斜軸式柱塞馬達(dá)，斜盤式柱塞馬達(dá)等。目前國外對(duì)國內(nèi)技術(shù)優(yōu)勢就是高端的高壓無級(jí)變量泵（馬達(dá)），相比之下，我國發(fā)展晚于其他發(fā)達(dá)國家，技術(shù)水平與國外相比，還有一定的差距。國內(nèi)應(yīng)用液壓馬達(dá)作為一個(gè)獨(dú)立的液壓元件，然后搭配各種控制閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)的控制要求。

關(guān)鍵詞：挖掘機(jī);液壓馬達(dá);集成化

1 柱塞馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)的基本思路

柱塞馬達(dá)的集成化設(shè)計(jì)是指在整個(gè)液壓系統(tǒng)中，將液壓馬達(dá)的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)控制，液壓馬達(dá)的制動(dòng)器的開啟和關(guān)閉控制，液壓馬達(dá)的變量控制（最終改變液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速），液壓馬達(dá)的輸出扭矩的大小，全部集中在一個(gè)液壓馬達(dá)上。不需要像目前的控制方式一樣：液壓馬達(dá)作為獨(dú)立的液壓元件，通過三位四通換向閥控制液壓馬達(dá)的正反向旋轉(zhuǎn);通過外加機(jī)械濕式制動(dòng)器控制馬達(dá)的制動(dòng)和開啟;通過改變泵的輸出流量控制液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速;液壓馬達(dá)輸出軸連接多級(jí)行星齒輪變速箱達(dá)到需要的扭矩。

2 柱塞馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

（1） 結(jié)構(gòu)緊湊，安裝空間需求較小，易于安裝。

（2）零件集中化布置，節(jié)省液壓管路和液壓控制閥，節(jié)約成本。

（3）液壓系統(tǒng)主要包括動(dòng)力源，液壓執(zhí)行元件，液壓控制元件等。當(dāng)液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，組成元件越多，故障率就會(huì)越高，排除故障也就越困難。高度集成化之后，液壓系統(tǒng)構(gòu)成元件減少，管路連接變的簡單易懂，便于快速鎖定故障元件，利于快速解決液壓系統(tǒng)中存在的問題。

（4）工作壓力高，因柱塞及缸孔加工容易，尺寸精度及表面質(zhì)量可以達(dá)到很高的要求，彼此間的配合很精密，油液泄漏小，容積效率高，所以能達(dá)到的工作壓力是很，一般是20-40MPa。

（5）減少變量馬達(dá)的排量將使輸出扭矩下降，而使轉(zhuǎn)速升高這意味著變量馬達(dá)可在低速時(shí)驅(qū)動(dòng)重負(fù)載，而在輕負(fù)載時(shí)能保持較高速的運(yùn)轉(zhuǎn)，可以起到近似恒功率輸入、輸出的節(jié)約能源、減少動(dòng)力消耗的效果。

3 柱塞馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)材料的選擇

（1）配流盤：材料-38CrMoAl，熱處理-表面氮化，硬度HRC60-62

要求：良好的耐熱性和耐蝕性，高的表面硬度，高的疲勞強(qiáng)度及良好的抗熱性，不能有回火脆性。

（2）換向閥芯：材料-38CrMoAl熱處理-表面氮化，硬度HRC50-55

要求：高疲勞強(qiáng)度，高耐磨性，熱處理后尺寸精確，強(qiáng)度也要較高。換向閥和與其配合的孔間隙特別小，要保證熱處理后尺寸，才能保證換向閥不出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。

（3）單向閥閥芯：材料-38CrMoAl熱處理-表面氮化

（4）球鉸：材料-20CrMnTi

（5）長閥芯：材料-20CrMnTi熱處理-滲碳淬火

要求：球鉸、長閥芯相對(duì)來說，要求不是很高，但要具有力學(xué)性能和低溫沖擊韌性良好，具有良好的耐磨性和抗彎強(qiáng)度。同時(shí)，熱處理工藝簡單，熱加工和冷加工性較好。

（6）滑靴：ZQAl9-4青銅（耐磨、耐高溫、耐高壓）

要求：一般情況下，滑靴用青銅制造，以利于球鉸副耐磨

（7）柱塞：材料-38CrMoAl熱處理-表面氮化

（8）缸體：材料-ZQAl9-4青銅

要求：柱塞為硬材料，缸體為軟材料，加工制造較為方便

（9）斜盤：材料-Qt600-3熱處理-淬火28HRC調(diào)質(zhì)處理

（10）梭閥：材料-45#熱處理-HB220-250

4 柱塞馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)的組成及各部分功用

柱塞馬達(dá)在高度集成化的基礎(chǔ)上，還采用了模塊化的設(shè)計(jì)思想。液壓馬達(dá)的前蓋上集成控制液壓馬達(dá)的正反向液控?fù)Q向閥，集成梭閥，油路通過梭閥控制制動(dòng)器的啟閉;制動(dòng)器集成在缸體上，缸體周圍設(shè)有傳動(dòng)的鍵槽，鍵槽與動(dòng)摩擦片連接，靜摩擦片與殼體連接，通過彈簧了控制制動(dòng)活塞，達(dá)到液壓馬達(dá)制動(dòng)的目的。通過壓力油作用于制動(dòng)活塞平面，克服彈簧力，打開制動(dòng)器，馬達(dá)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng);該柱塞馬達(dá)為斜盤式結(jié)構(gòu)，斜盤下方設(shè)置有變量活塞，變量活塞內(nèi)有壓縮彈簧，外來的壓力油作用于變量活塞，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，變量活塞受力頂起斜盤，導(dǎo)致斜盤傾角發(fā)生變化，進(jìn)而達(dá)到改變馬達(dá)排量的目的。即在輸入流量不變的情況下，可以改變液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速。當(dāng)外來壓力油泄掉時(shí)，變量活塞在彈簧力的作用下進(jìn)行復(fù)位，馬達(dá)恢復(fù)至之前的排量。即在輸入流量不變的情況下，恢復(fù)之前的轉(zhuǎn)速。液壓馬達(dá)的柱塞、缸體和斜盤安裝至齒輪箱內(nèi)，盡最大可能縮短軸向距離。齒輪箱可采用行星齒輪傳動(dòng)，也可以采用擺線齒輪傳動(dòng)。輸出形式可以是殼體轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以是輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。該液壓馬達(dá)的特點(diǎn)為高速高壓，所以馬達(dá)直接輸出的扭矩比較小，需要通過減速器放大扭矩，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)重型負(fù)載工作。

5 結(jié)論

（1）液壓馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量縮小結(jié)構(gòu)尺寸，盡量保證體積小，結(jié)構(gòu)輕，而且便于維護(hù)。

（2）液壓馬達(dá)控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意在配流盤與缸體之間的設(shè)計(jì)時(shí)，必須保證有足夠的油膜厚度以防止配流盤與缸體產(chǎn)生金屬摩擦，使配流盤磨損加劇影響使用壽命。

（3）密閉容積在進(jìn)排油轉(zhuǎn)換時(shí)因壓力突變引起的壓力沖擊，在配流盤的配流窗口前端開有減振槽。

（4）為了減少馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)，通常在配流盤上的過渡區(qū)間應(yīng)開有泄荷槽或減震孔，以減少柱塞由高壓區(qū)向低壓區(qū)或低壓區(qū)過渡到高壓區(qū)時(shí)的壓力沖擊，提高其工作性能。

（5）在另一個(gè)端面磨擦副的配合中即滑靴與斜盤的配合設(shè)計(jì)時(shí)為了減少滑靴與斜盤發(fā)生金屬接觸摩擦，滑靴燒蝕脫落等現(xiàn)象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使滑靴與斜盤的接觸呈浮動(dòng)式非接觸靜壓卸載形式。即保證斜盤與滑靴間應(yīng)有10～30？滋m的油膜厚度，依靠液體壓力承受柱塞載荷。

（6）在對(duì)軸向柱塞式馬達(dá)的控制系統(tǒng)集成化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)主要考慮液壓系統(tǒng)控制方式，針對(duì)不同的情況有不同的變量方式，以符合挖掘機(jī)所需要的扭矩，盡量減少損失的能量，控制泄漏量，達(dá)到最優(yōu)方式。

作者簡介：王立冬，男，漢族，黑龍江，學(xué)歷：本科，職稱中級(jí)工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，單位：哈爾濱華惠農(nóng)業(yè)機(jī)械制造有限公司。