專利名稱：柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件及變扭矩方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種液壓馬達(dá)配油機(jī)構(gòu)及其控制方法，更具體的說(shuō)，是涉及柱 塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件及變扭矩方法。
背景技術(shù)：
柱塞液壓馬達(dá)是依靠壓力油作用在柱塞上從而使馬達(dá)輸出軸獲得一定轉(zhuǎn)矩 的，為了使柱塞能夠交替與壓力油口及回油口相通，必須采用配流裝置，目前 柱塞液壓馬達(dá)多采用端面配流，端面配流中所采用的主要器件就是配油盤。配 油盤類似一個(gè)板式閥，由帶兩個(gè)弧形("腰形")窗口的平面貼合在開(kāi)有配流孔 的缸體端面，使得缸體和配油盤在垂直于馬達(dá)軸的面上相對(duì)旋轉(zhuǎn)，配油盤上的 窗口和缸體端面開(kāi)孔的相對(duì)位置按一定規(guī)律安排，以使處在供油或排油行程中 的柱塞缸能交替與馬達(dá)體上的供，排油相通，并保證各油腔之間的隔離和密封。 由于配油盤上兩個(gè)弧形窗口的開(kāi)角、位置均不能實(shí)時(shí)改變，因而液壓馬達(dá)無(wú)法 通過(guò)配油機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變量，即對(duì)輸出扭矩和排量的連續(xù)調(diào)節(jié)。到目前為止，市場(chǎng) 上所有在正式銷售的變量液壓馬達(dá)，都只能通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)液壓馬達(dá)另一側(cè)的斜 盤傾斜角度，實(shí)現(xiàn)變量。而這種傳統(tǒng)的通過(guò)調(diào)節(jié)斜盤傾斜角度的變量方式存在 兩個(gè)弱點(diǎn)1. 液壓馬達(dá)中各柱塞產(chǎn)生的液壓力，在驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，其作用 在斜盤上的力還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與斜盤傾斜角度控制方向一致的扭矩，且該扭矩隨 著液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)角的改變而變化，盡量有多個(gè)柱塞但仍然無(wú)法完全在內(nèi)部相互抵 消，這部分波動(dòng)的扭矩最終都加在了控制斜盤傾斜角度的變量機(jī)構(gòu)上。變量機(jī) 構(gòu)為了克服該波動(dòng)的扭矩，需要有相當(dāng)大的面積來(lái)驅(qū)動(dòng)，嚴(yán)重限制了液壓馬達(dá) 的響應(yīng)速度。2. 液壓馬達(dá)切換為泵工況的臨界點(diǎn)是排量為零的點(diǎn)。因此，為了切換為泵 工況以回收減速、制動(dòng)過(guò)程的能量，液壓馬達(dá)的排量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)必須過(guò)零點(diǎn)，不 僅變量機(jī)構(gòu)的行程大，響應(yīng)速度慢，而且還很容易導(dǎo)致在零點(diǎn)附近的不穩(wěn)定。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先 導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，本發(fā)明更進(jìn)一步的目的在于提供該液壓馬達(dá)的開(kāi)關(guān)變 扭矩方法。為了解決以上問(wèn)題，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明提供了一種柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，包括扭矩 輸出機(jī)構(gòu)、定量斜盤、柱塞缸筒、柱塞和柱塞腔，還包括配油閥組、配油盤和變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承；所述的配油閥組由與柱塞個(gè)數(shù)相同數(shù)量的高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥、高速開(kāi)關(guān) 排油-補(bǔ)油閥，先導(dǎo)閥，以及公共的軸向支撐力補(bǔ)償柱塞、補(bǔ)償柱塞彈簧、補(bǔ)償 柱塞腔和配油閥體構(gòu)成；每個(gè)柱塞及其相應(yīng)的柱塞腔對(duì)應(yīng)一個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供 油閥、 一個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥和一個(gè)先導(dǎo)閥；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥和每 個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥均包括各自的閥芯、彈簧、彈簧腔、軸向油口和周向油 口；每個(gè)柱塞對(duì)應(yīng)的高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥與高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥都并排設(shè)置， 其軸向油口均與相應(yīng)的柱塞腔連通；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的周向油口，均 穿過(guò)先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間的容腔，與配油盤的高 壓油流道連通；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥的周向油口，均穿過(guò)先導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔，與配油盤的回油流道連通；每個(gè) 先導(dǎo)閥均包括各自的高壓供油控制臺(tái)階、排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)高 壓供油閥的彈簧腔均與相應(yīng)的先導(dǎo)闊上的高壓供油控制臺(tái)階連通，每個(gè)高速開(kāi) 關(guān)排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔均與相應(yīng)的先導(dǎo)閥上的排油4卜油控制臺(tái)階連通；在每 個(gè)先導(dǎo)閥靠近殼體側(cè)端面與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階之間，排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階和高 壓供油控制臺(tái)階之間，高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間各有一個(gè)容腔； 每個(gè)先導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔與配油盤的回 油流道連通，在高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階之間的容腔與相應(yīng)的柱 塞腔連通；每個(gè)先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間的容腔均與 配油盤的高壓油流道連通；每個(gè)先導(dǎo)閥的兩個(gè)端面(靠近殼體側(cè)端面與靠近中 心側(cè)端面)均與泄漏油口連通；所有的先導(dǎo)閥都位于同一截面上；補(bǔ)償柱塞腔 一端穿過(guò)軸向支撐力補(bǔ)償柱塞的中心通到定量斜盤的端面中心，另一端穿過(guò)配油閥體的中心通到配油盤的端面中心；
所述的配油盤與所述的配油閥體位于柱塞另一側(cè)的端面之間設(shè)有浮動(dòng)支撐 并相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；內(nèi)部有高壓油流道、回油流道和泄漏油流道，其中高壓油流道的 一端與所述配油閥組上所有的先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之 間的容腔連通，另一端與高壓油口連通；回油流道的一端與所述配油閥組上所 有先導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔連通，另一端與回 油口連通；泄漏油流道與泄漏油口連通；
所述的變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的軸向中心位置與所述的先導(dǎo)閥所在截面一致，內(nèi) 壁與所述的所有先導(dǎo)閥靠近殼體側(cè)接觸并提供旋轉(zhuǎn)支撐。
作為一種改進(jìn)，變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與所述的柱塞缸筒的中心軸線 平行，并在沿著吸排油分界線方向有一個(gè)固定偏置；變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的外壁位 于殼體內(nèi)，能夠且僅能夠在殼體內(nèi)沿著垂直于吸排油分界線方向自由移動(dòng)。
作為一種改進(jìn)，所述先導(dǎo)閥靠近中心側(cè)的端面，其直徑比先導(dǎo)閥高壓供油 控制臺(tái)階的直徑略小，該面積差給先導(dǎo)閥提供了一個(gè)徑向的壓力，使得所有的 先導(dǎo)閥都能夠壓在所述的變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承上。
作為一種改進(jìn)，所述的配油閥體在軸向被分成三片柱塞腔分油閥體、主 閥體、先導(dǎo)閥體；柱塞腔分油閥體、主閥體、先導(dǎo)閥體通過(guò)銷釘剛性連接到柱 塞缸筒上；柱塞腔分油閥體與主閥體、主閥體與先導(dǎo)閥體、柱塞腔分油閥體與 柱塞缸筒之間所有油口的外緣，都設(shè)有密封圈。
作為一種改進(jìn)，所述先導(dǎo)閥的高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階的凹 凸方向正好相反，使得一個(gè)先導(dǎo)閥能夠同時(shí)、同步地控制一個(gè)高壓供油閥和一 個(gè)排油-補(bǔ)油控制閥。
作為一種改進(jìn)，所述的先導(dǎo)閥的高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階的 寬度均與先導(dǎo)閥體上相應(yīng)的沉割槽寬度一致，使得先導(dǎo)閥能夠快速響應(yīng)柱塞位 置的變化。
作為一種改進(jìn)，所述的先導(dǎo)閥處于中位時(shí)，高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油 控制臺(tái)階之間的容腔，離被高壓供油控制臺(tái)階蓋住的遮蓋量，正好等于變扭矩 驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與柱塞缸筒中心軸線之間的固定偏置位移，使得正好位于 吸排油分界線上的高壓供油閥能夠正好在該位置打開(kāi)吸油；排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階 與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔，離被排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階蓋住的遮蓋量，正好等于變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與柱塞缸筒中心軸線之間的固定偏置位移，使得
正好位于吸排油分界線上的排油-補(bǔ)油閥能夠正好在該位置打開(kāi)排油；
本發(fā)明還提供了一種用于柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件的開(kāi)
關(guān)變扭矩方法，包括以下步驟
(1) 根據(jù)對(duì)輸出扭矩大小的要求，調(diào)節(jié)變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承；用以改變各高速 開(kāi)關(guān)高壓供油閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間占空比；
(2) 控制高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的開(kāi)啟時(shí)間，使得位于吸油區(qū)的柱塞腔，僅 在高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)，能夠從高壓油口吸油，推動(dòng)相應(yīng)的柱塞做功； 位于吸油區(qū)的其他柱塞腔，均通過(guò)與回油口相通的高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥，直接 從回油口吸油，補(bǔ)充柱塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空腔，但不會(huì)推動(dòng)柱塞做功；與此同時(shí)， 位于排油區(qū)的柱塞腔，僅在高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥關(guān)閉時(shí)，能夠通過(guò)與回油口相 通的高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥，直接排到回油口，不阻礙柱塞運(yùn)動(dòng)；位于排油區(qū)的 其他柱塞腔，均通過(guò)高壓供油閥向高壓油口排油，工作在局部的泵工況，實(shí)現(xiàn) 減速與制動(dòng)，并把制動(dòng)能變回成壓力能；確保平均輸出扭矩與高速開(kāi)關(guān)高壓供 油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)柱塞的位移在整個(gè)柱塞吸油行程中的占空比成正比；
(3) 通過(guò)對(duì)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)柱塞的位移在整個(gè)柱塞吸油 行程中占空比的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，輸出與占空比成正比的平均扭矩，實(shí)現(xiàn)變扭矩控制； 占空比與平均扭矩之間的關(guān)系為
令柱塞位移占空比D二Xjf/X, T二(2D-l)魂XPXri機(jī)Xri閥)
先導(dǎo)閥位移幅值即變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的位移y與柱塞位移占空比之間的關(guān)系
為
柱塞位移占空比D-X開(kāi)/Xa尸(l-cos[2tg(y/y0)]}/2
其中D為柱塞位移占空比，Xa為高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)的柱
塞位移，Xmax為柱塞位移的全行程，T為需要輸出的平均扭矩，Dm為液壓馬達(dá)
的排量，P為壓力油口的壓力，r^為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，r^為配油閥組控制 柱塞腔的效率，yO為變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與柱塞缸筒中心軸線之間的固 定偏置位移，y為先導(dǎo)閥位移幅值即變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的位移；
(4) y的方向與液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向一致，液壓馬達(dá)如果反轉(zhuǎn)，則變扭矩 驅(qū)動(dòng)軸承反向驅(qū)動(dòng)。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)與控制方法，每個(gè)柱塞每轉(zhuǎn)一圈，都經(jīng)歷了6個(gè)狀態(tài)(4個(gè)主
狀態(tài)和2個(gè)過(guò)渡狀態(tài))
(1) 狀態(tài)A:高壓驅(qū)動(dòng)狀態(tài)先導(dǎo)閥位移大于變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞缸筒 中心軸線之間的固定偏置，且柱塞前進(jìn)；在先導(dǎo)閥的作用下，柱塞腔與高壓供
油閥的彈簧腔溝通，高壓供油閥在高壓油口的壓力作用下打開(kāi)，因而柱塞腔的 壓力接近于高壓油口的壓力，柱塞腔同時(shí)與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-
補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力作用下保持關(guān)閉；
(2) 狀態(tài)B,C:空行程狀態(tài)先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞 缸筒中心軸線之間的固定偏置之間，且柱塞前進(jìn)；在先導(dǎo)閥的作用下，先導(dǎo)高
壓油口與高壓供油閥的彈簧腔溝通，高壓供油閥在高壓油口的壓力作用下快速 關(guān)閉，柱塞繼續(xù)前進(jìn)導(dǎo)致柱塞腔體積增加，壓力快速降到低于回油口的背壓， 柱塞腔同時(shí)與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力降低到
回油口背壓以下后打開(kāi)；其中狀態(tài)B為排油-補(bǔ)油閥開(kāi)啟過(guò)程這一過(guò)渡狀態(tài)；
(3) 狀態(tài)D:正?；赜蜖顟B(tài)先導(dǎo)閥位移小于負(fù)的變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞 缸筒中心軸線之間的固定偏置，且柱塞后退；在先導(dǎo)閥的作用下，帶背壓的回
油口與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力作用下打開(kāi)， 因而柱塞腔的壓力接近于回油口的背壓，同時(shí)高壓油口與高壓供油閥的彈簧腔
溝通，高壓供油閥在高壓油口的壓力作用下保持關(guān)閉；
(4) 狀態(tài)E，F(xiàn):'泵輸出狀態(tài)先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞 缸筒中心軸線之間的固定偏置之間，且柱塞后退；在先導(dǎo)閥的作用下，柱塞腔 與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力作用下關(guān)閉，柱塞 繼續(xù)后退導(dǎo)致柱塞腔體積減小，壓力快速上升到超過(guò)高壓油口的壓力，高壓油 口同時(shí)與高壓供油閥的彈簧腔溝通，高壓供油閥在柱塞腔的壓力上升到高壓油 口壓力以上后打開(kāi)；其中狀態(tài)E為高壓供油閥開(kāi)啟過(guò)程這一過(guò)渡狀態(tài)。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是
(1) 變扭矩控制本發(fā)明通過(guò)對(duì)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)的柱塞 位移在整個(gè)柱塞吸油行程中占空比的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，輸出與占空比成正比的平均扭 矩，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)關(guān)變扭矩控制，開(kāi)關(guān)變扭矩控制既沒(méi)有改變液壓馬達(dá)的排量，也 沒(méi)有改變供油壓力，但它最終直接改變了液壓馬達(dá)的輸出扭矩；
(2) 節(jié)能當(dāng)負(fù)載扭矩較小的時(shí)候，部分位于吸油區(qū)的柱塞腔不再?gòu)母邏河涂谖?，而是通過(guò)排油-補(bǔ)油閥從回油口吸油，不需要把壓力油浪費(fèi)在額外的 節(jié)流控制閥口上，因而節(jié)約了大量的能耗；(3) 泵工況當(dāng)柱塞位移占空比小于0.5時(shí)，液壓馬達(dá)就平穩(wěn)地進(jìn)入了泵 的工況，即輸出與旋轉(zhuǎn)方向相反的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)向高壓油口排出高壓油；(4) 響應(yīng)速度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)傳統(tǒng)液壓馬達(dá)中各柱塞產(chǎn)生的液壓力，在 驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，其作用在斜盤上的力還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與斜盤傾斜角度 控制方向一致的扭矩，且該扭矩隨著液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)角的改變而變化，盡量有多個(gè) 柱塞但仍然無(wú)法完全在內(nèi)部相互抵消，這部分波動(dòng)的扭矩最終都加在了控制斜 盤傾斜角度的變量機(jī)構(gòu)上，變量機(jī)構(gòu)為了克服該波動(dòng)的扭矩，需要有相當(dāng)大的 面積來(lái)驅(qū)動(dòng)，嚴(yán)重限制了液壓馬達(dá)的響應(yīng)速度；而本發(fā)明把變量驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)從斜 盤的巨大不均衡力矩中解放出來(lái)，只需要克服各先導(dǎo)閥作用在變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承 上的不均衡力，不均衡力縮小了一個(gè)數(shù)量級(jí)，從而將液壓馬達(dá)的變量響應(yīng)速度 提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)；(5) 避免了過(guò)零問(wèn)題傳統(tǒng)液壓馬達(dá)切換為泵工況的臨界點(diǎn)是排量為零的 點(diǎn)，因此為了切換為泵工況以回收減速、制動(dòng)過(guò)程的能量，液壓馬達(dá)的排量調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)必須過(guò)零點(diǎn)，不僅變量機(jī)構(gòu)的行程大，響應(yīng)速度慢，而且還很容易導(dǎo)致 在零點(diǎn)附近的不穩(wěn)定；而本發(fā)明只需要把柱塞位移占空比調(diào)到小于0.5，液壓馬 達(dá)就平穩(wěn)地進(jìn)入了泵的工況，不需要經(jīng)過(guò)排量零點(diǎn)，因而也不存在零點(diǎn)附近的 不穩(wěn)定問(wèn)題。 .


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中先導(dǎo)閥和變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承所在剖面。圖3是本發(fā)明中各主閥和變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的安裝示意圖。圖4是本發(fā)明中各先導(dǎo)閥芯向先導(dǎo)閥體中安裝的安裝示意圖。圖5是本發(fā)明中各先導(dǎo)閥體上面，各個(gè)閥口臺(tái)階與液壓油口的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。圖6是本發(fā)明中各先導(dǎo)閥芯上面，各個(gè)闊口臺(tái)階與液壓油口的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。圖7是本發(fā)明各柱塞位置與其相關(guān)閥的動(dòng)作流程控制圖。圖8是本發(fā)明各主閥與先導(dǎo)閥在狀態(tài)A的位置示意圖。圖9是本發(fā)明各主閥與先導(dǎo)閥在狀態(tài)B , C的位置示意圖。圖IO是本發(fā)明各主閥與先導(dǎo)閥在狀態(tài)D的位置示意圖。 圖11是本發(fā)明各主閥與先導(dǎo)閥在狀態(tài)E ， F的位置示意圖。 圖中，l柱塞缸筒、2柱塞、3柱塞腔、4密封圈、5柱塞腔分油閥體、6高速 開(kāi)關(guān)高壓供油閥軸向油口、 7高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥、8高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥周向 油口、 9高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥彈簧腔、10高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥軸向油口、 ll高 速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥、12高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥周向油口、 13高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油 闊彈簧腔、l'4主閥體、15先導(dǎo)閥體、16先導(dǎo)閥、17變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承、28高速開(kāi) 關(guān)高壓供油閥閥芯、29高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥彈簧、30高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥閥芯、 31高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥彈簧、32先導(dǎo)閥高壓供油控制臺(tái)階、33先導(dǎo)閥排油-補(bǔ) 油控制臺(tái)階、34先導(dǎo)閥靠近殼體側(cè)的端面、35先導(dǎo)閥靠近中心側(cè)的端面、36先 導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔、37先導(dǎo)閥在高壓供油 控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間的容腔、38先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階之間的容腔、39銷釘、45配油盤、46配油盤的回油流道、47配油 盤的高壓油流道、49配油盤的泄漏油流道、51軸向支撐力補(bǔ)償柱塞、52補(bǔ)償柱 塞彈簧、53補(bǔ)償柱塞腔、54螺釘。
具體實(shí)施例方式
結(jié)合附圖，下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的具體賣施例在說(shuō)明問(wèn)題時(shí)，具體討論了一種采用了本發(fā)明提供的 機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件的液壓馬達(dá)，詳細(xì)描述如下
拆除柱塞式定量液壓馬達(dá)的后蓋和配油盤，將柱塞缸筒的端面加工成平面， 并在柱塞缸筒的每?jī)蓚€(gè)柱塞腔之間都加工銷孔，銷孔位置與本發(fā)明中的配油閥 體一致。將本發(fā)明的配油組件安裝到液壓馬達(dá)原來(lái)的后蓋和配油盤位置，銷釘 插到柱塞缸筒新加工的銷孔中。 一個(gè)普通的旋轉(zhuǎn)缸筒柱塞式定量液壓馬達(dá)就被 改裝成了一個(gè)具有機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩功能的液壓馬達(dá)了 。
根據(jù)前面所述的結(jié)構(gòu)與控制方法，該液壓馬達(dá)的工作過(guò)程如附圖8 11所示。 每個(gè)柱塞每轉(zhuǎn)一圈，都經(jīng)歷了6個(gè)狀態(tài)(4個(gè)主狀態(tài)和2個(gè)過(guò)渡狀態(tài))
(l)狀態(tài)A:高壓驅(qū)動(dòng)狀態(tài)先導(dǎo)閥位移大于變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞缸筒 中心軸線之間的固定偏置，且柱塞前進(jìn)；在先導(dǎo)閥的作用下，柱塞腔與高壓供
油閥的彈簧腔溝通，高壓供油閥在高壓油口的壓力作用下打開(kāi)，因而柱塞腔的壓力接近于高壓油口的壓力，柱塞腔同時(shí)與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-
補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力作用下保持關(guān)閉；
(2) 狀態(tài)B,C:空行程狀態(tài)先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞 缸筒中心軸線之間的固定偏置之間，且柱塞前進(jìn)；在先導(dǎo)闊的作用下，先導(dǎo)高 壓油口與高壓供油閥的彈簧腔溝通，高壓供油閥在高壓油口的壓力作用下快速 關(guān)閉，柱塞繼續(xù)前進(jìn)導(dǎo)致柱塞腔體積增加，壓力快速降到低于回油口的背壓， 柱塞腔同時(shí)與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力降低到 回油口背壓以下后打開(kāi)；其中狀態(tài)B為排油-補(bǔ)油閥開(kāi)啟過(guò)程這一過(guò)渡狀態(tài)；
(3) 狀態(tài)D:正?；赜蜖顟B(tài)先導(dǎo)閥位移小于負(fù)的變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞 缸筒中心軸線之間的固定偏置，且柱塞后退；在先導(dǎo)閥的作用下，帶背壓的回 油口與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油-補(bǔ)油閥在柱塞腔的壓力作用下打開(kāi)， 因而柱塞腔的壓力接近于回油口的背壓，同時(shí)高壓油口與高壓供油閥的彈簧腔 溝通，高壓供油閥在高壓油口的壓力作用下保持關(guān)閉；
(4) 狀態(tài)E,F:泵輸出狀態(tài)先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承與柱塞 缸筒中心軸線之間的固定偏置之間，且柱塞后退；在先導(dǎo)閥的作用下，柱塞腔 與排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔溝通，排油4卜油閥在柱塞腔的壓力作用下關(guān)閉，柱塞 繼續(xù)后退導(dǎo)致柱塞腔體積減小，壓力快速上升到超過(guò)高壓油口的壓力，高壓油 口同時(shí)與高壓供油閥的彈簧腔溝通，高壓供油閥在柱塞腔的壓力上升到高壓油 口壓力以上后打開(kāi)；'其中狀態(tài)E為高壓供油閥開(kāi)啟過(guò)程這一過(guò)渡狀態(tài)。
最后，需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的具體實(shí)施例。顯然，本發(fā) 明不限于以上實(shí)施例，還可以有很多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明 公開(kāi)的內(nèi)容中直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，包括柱塞缸筒、柱塞和柱塞腔，其特征在于，還包括配油閥組、配油盤和變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承；所述的配油閥組由與柱塞個(gè)數(shù)相同數(shù)量的高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥、高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥，先導(dǎo)閥，以及公共的軸向支撐力補(bǔ)償柱塞、補(bǔ)償柱塞彈簧、補(bǔ)償柱塞腔和配油閥體構(gòu)成；每個(gè)柱塞及其相應(yīng)的柱塞腔對(duì)應(yīng)一個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥、一個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥和一個(gè)先導(dǎo)閥；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥和每個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥均包括各自的閥芯、彈簧、彈簧腔、軸向油口和周向油口；每個(gè)柱塞對(duì)應(yīng)的高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥與高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥都并排設(shè)置，其軸向油口均與相應(yīng)的柱塞腔連通；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的周向油口，均穿過(guò)先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間的容腔，與配油盤的高壓油流道連通；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥的周向油口，均穿過(guò)先導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔，與配油盤的回油流道連通；每個(gè)先導(dǎo)閥均包括各自的高壓供油控制臺(tái)階、排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階；每個(gè)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的彈簧腔均與相應(yīng)的先導(dǎo)閥上的高壓供油控制臺(tái)階連通，每個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥的彈簧腔均與相應(yīng)的先導(dǎo)閥上的排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階連通；在每個(gè)先導(dǎo)閥靠近殼體側(cè)端面與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階之間，排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階和高壓供油控制臺(tái)階之間，高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間各有一個(gè)容腔；每個(gè)先導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔與配油盤的回油流道連通，在高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階之間的容腔與相應(yīng)的柱塞腔連通；每個(gè)先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間的容腔均與配油盤的高壓油流道連通；每個(gè)先導(dǎo)閥靠近殼體側(cè)端面與靠近中心側(cè)端面的兩個(gè)端面均與泄漏油口連通；所有的先導(dǎo)閥都位于同一截面上；補(bǔ)償柱塞腔一端穿過(guò)軸向支撐力補(bǔ)償柱塞的中心通到定量斜盤的端面中心，另一端穿過(guò)配油閥體的中心通到配油盤的端面中心；所述的配油盤與所述的配油閥體位于柱塞另一側(cè)的端面之間設(shè)有浮動(dòng)支撐并相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；內(nèi)部有高壓油流道、回油流道和泄漏油流道，其中高壓油流道的一端與所述配油閥組上所有的先導(dǎo)閥在高壓供油控制臺(tái)階與靠近中心側(cè)端面之間的容腔連通，另一端與高壓油口連通；回油流道的一端與所述配油閥組上所有先導(dǎo)閥在排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼體側(cè)端面之間的容腔連通，另一端與回油口連通；泄漏油流道與泄漏油口連通；所述的變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的軸向中心位置與所述的先導(dǎo)閥所在截面一致，內(nèi)壁與所述的所有先導(dǎo)閥靠近殼體側(cè)接觸并提供旋轉(zhuǎn)支撐。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，變 扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與所述的柱塞缸筒的中心軸線平行，并在沿著吸排油 分界線方向有一個(gè)固定偏置；變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的外壁位于殼體內(nèi)，能夠且僅能 夠在殼體內(nèi)沿著垂直于吸排油分界線方向自由移動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，所 述先導(dǎo)閥靠近中心側(cè)的端面，其直徑比先導(dǎo)閥高壓供油控制臺(tái)階的直徑略小， 該面積差給先導(dǎo)閥提供了一個(gè)徑向的壓力，使得所有的先導(dǎo)閥都能夠壓在所述 的變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，其 特征在于，所述的配油閥體在軸向被分成三片柱塞腔分油閥體、主閥體、先 導(dǎo)閥體；柱塞腔分油閥體、主閥體、先導(dǎo)閥體通過(guò)銷釘剛性連接到柱塞缸筒上； 柱塞腔分油閥體與主閥體、主閥體與先導(dǎo)閥體、柱塞腔分油閥體與柱塞缸筒之 間所有油口的外緣，都設(shè)有密封圈。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，其 特征在于，所述先導(dǎo)閥的高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階的凹凸方向正 好相反，使得一個(gè)先導(dǎo)閥能夠同時(shí)、同步地控制一個(gè)高壓供油閥和一個(gè)排油-補(bǔ)油控制閥。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，其 特征在于，所述的先導(dǎo)閥的高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階的寬度均與 先導(dǎo)閥體上相應(yīng)的沉割槽寬度一致，使得先導(dǎo)閥能夠快速響應(yīng)柱塞位置的變化。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件，其 特征在于，所述的先導(dǎo)閥處于中位時(shí)，高壓供油控制臺(tái)階與排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階 之間的容腔，離被高壓供油控制臺(tái)階蓋住的遮蓋量，正好等于變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承 的內(nèi)壁中心與柱塞缸筒中心軸線之間的固定偏置位移，使得正好位于吸排油分 界線上的高壓供油閥能夠正好在該位置打開(kāi)吸油；排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階與靠近殼 體側(cè)端面之間的容腔，離被排油-補(bǔ)油控制臺(tái)階蓋住的遮蓋量，正好等于變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與柱塞缸筒中心軸線之間的固定偏置位移，使得正好位于 吸排油分界線上的排油4卜油閥能夠正好在該位置打開(kāi)排油。
8、 一種應(yīng)用于權(quán)利要求l所述柱塞液壓馬達(dá)機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油組件的開(kāi)關(guān)變扭矩方法，其特征在于，包括以下步驟(1) 根據(jù)對(duì)輸出扭矩大小的要求，調(diào)節(jié)變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承；用以改變各高速 開(kāi)關(guān)高壓供油閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間占空比；(2) 控制高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的開(kāi)啟時(shí)間，使得位于吸油區(qū)的柱塞腔，僅 在高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)，能夠從高壓油口吸油，推動(dòng)相應(yīng)的柱塞做功； 位于吸油區(qū)的其他柱塞腔，均通過(guò)與回油口相通的高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥，直接 從回油口吸油，補(bǔ)充柱塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的空腔，但不會(huì)推動(dòng)柱塞做功；與此同時(shí)， 位于排油區(qū)的柱塞腔，僅在高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥關(guān)閉時(shí)，能夠通過(guò)與回油口相 通的高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥，直接排到回油口，不阻礙柱塞運(yùn)動(dòng)；位于排油區(qū)的 其他柱塞腔，均通過(guò)高壓供油閥向高壓油口排油，工作在局部的泵工況，實(shí)現(xiàn) 減速與制動(dòng)，并把制動(dòng)能變回成壓力能；確保平均輸出扭矩與高速開(kāi)關(guān)高壓供 油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)柱塞的位移在整個(gè)柱塞吸油行程中的占空比成正比；(3) 通過(guò)對(duì)高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)柱塞的位移在整個(gè)柱塞吸油 行程中占空比的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，輸出與占空比成正比的平均扭矩，實(shí)現(xiàn)變扭矩控制； 占空比與平均扭矩之間的關(guān)系為令柱塞位移占空比D二Xff/X, T=(2D-l)*(DnXPXr^X，)先導(dǎo)閥位移幅值即變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的位移y與柱塞位移占空比之間的關(guān)系為柱塞位移占空比D-X開(kāi)/乙尸(l-cos[2tg(y/y0)]}/2其中D為柱塞位移占空比，X^為高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥開(kāi)啟時(shí)間段內(nèi)的柱塞位移，Xmax為柱塞位移的全行程，T為需要輸出的平均扭矩，Dm為液壓馬達(dá)的排量，P為壓力油口的壓力，％1為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，r^為配油閥組控制 柱塞腔的效率，yO為變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的內(nèi)壁中心與柱塞缸筒中心軸線之間的固 定偏置位移，y為先導(dǎo)閥位移幅值即變扭矩驅(qū)動(dòng)軸承的位移；(4) y的方向與液壓馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向一致，液壓馬達(dá)如果反轉(zhuǎn)，則變扭矩 驅(qū)動(dòng)軸承反向驅(qū)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及液壓馬達(dá)及其控制方法，旨在提供一種機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩旋轉(zhuǎn)缸筒柱塞液壓馬達(dá)及變扭矩方法。該馬達(dá)包括扭矩輸出機(jī)構(gòu)、定量斜盤、柱塞缸筒、柱塞和柱塞腔，還包括配油閥組、配油盤和機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。變扭矩方法包括步驟根據(jù)對(duì)輸出扭矩大小的要求，調(diào)節(jié)變扭矩調(diào)節(jié)器；控制高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的開(kāi)啟時(shí)間；輸出與占空比成正比的平均扭矩，實(shí)現(xiàn)變扭矩控制。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了變扭矩控制，具有節(jié)能、響應(yīng)速度提高、避免過(guò)零問(wèn)題等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F03C1/00GK101403366SQ20081017772
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者顧臨怡 申請(qǐng)人:杭州慧翔機(jī)電控制工程有限公司;浙江大學(xué)