專(zhuān)利名稱(chēng)：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
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓馬達(dá)及其控制方法，更具體的說(shuō)，本發(fā)明涉及一種機(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。
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(pán)。配 油盤(pán)類(lèi)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(pán)在垂直于馬達(dá)軸的面上相對(duì)旋轉(zhuǎn)，配油盤(pán)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(pán)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(xiāo)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(pán)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(pán)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(pán)上的力還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與斜盤(pán)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(pán)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)，本發(fā)明更進(jìn)一步的目的在于提供該馬達(dá)的變扭矩方法。 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)，包括扭矩 輸出機(jī)構(gòu)、定量斜盤(pán)、柱塞缸筒、柱塞和柱塞腔，還包括配油閥組和機(jī)液先導(dǎo) 變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；
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)油闊，先導(dǎo)閥和公共的配油閥體構(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、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 油閥的周向油口均與高壓油口連通，每個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥的周向油口均與 帶背壓的回油口連通；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 4卜油控制臺(tái)階連通；在每個(gè)先導(dǎo)閥靠近殼體的端面與排油-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)階與環(huán)形端面之 間各有一個(gè)容腔；每個(gè)先導(dǎo)閥在靠近殼體側(cè)的端面與帶背壓的回油口連通，另 一側(cè)有兩個(gè)端面，高壓端面與高壓油口連通，環(huán)形端面與帶背壓的回油口連通； 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)端面之間的容腔與帶背壓的回 油口連通，在高壓供油控制臺(tái)階與環(huán)形端面之間的容腔與先導(dǎo)高壓油口連通， 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；所 有的先導(dǎo)閥都位于同 一截面上；
所述的機(jī)液先導(dǎo)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由殼體，變量驅(qū)動(dòng)環(huán)，變量調(diào)節(jié)器組成； 所述的殼體的軸向端面與所述的配油閥體位于柱塞另一側(cè)的端面之間設(shè)有靜壓 支撐；所述的變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)接觸并相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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； 變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)；所述的變量調(diào)節(jié)器位于殼體周向，中心軸線垂直于吸排油分 界線方向。
作為一種改進(jìn)，所述變量調(diào)節(jié)器是機(jī)械變量調(diào)節(jié)器、單油口液壓變量調(diào)節(jié) 器、雙油口單控液壓變量調(diào)節(jié)器、雙控液壓變量調(diào)節(jié)器四種結(jié)構(gòu)中的任意一種， 射
機(jī)械變量調(diào)節(jié)器包括變量調(diào)節(jié)桿，變量調(diào)節(jié)桿與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)剛性連接； 單油口液壓變量調(diào)節(jié)器包括變量柱塞，變量控制油口，復(fù)位彈簧和彈簧座， 變量柱塞一側(cè)與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與變量控制油口連通；彈簧座一側(cè)與 變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與復(fù)位彈復(fù)位接觸；彈簧腔穿過(guò)彈簧座與帶背壓的回 油口連通；
雙油口單控液壓變量調(diào)節(jié)器包括2個(gè)變量柱塞，變量控制油口，復(fù)位彈簧和 變量控制回油口，變量柱塞一側(cè)與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與變量控制油口連 通；彈簧座一側(cè)與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與復(fù)位彈復(fù)位接觸；彈簧腔與變量 控制回油口連通；
雙控液壓變量調(diào)節(jié)器包括2個(gè)變量柱塞，2個(gè)變量控制油口和2個(gè)復(fù)位彈簧， 變量柱塞與變量控制油口，復(fù)位彈簧一一對(duì)應(yīng)；每個(gè)變量柱塞的一側(cè)均與變量 驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)均與相應(yīng)的復(fù)位彈簧接觸；2個(gè)彈簧腔均與變量控制油口連 通。
作為一種改進(jìn)，所述先導(dǎo)高壓油口的供油壓力比高壓油口的供油壓力略高， 流量正好保證所有高壓供油閥閥芯快速關(guān)閉所需，使得所有高速開(kāi)關(guān)高壓供油 閥都能夠快速關(guān)閉。
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(xiāo)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，正好等于變量驅(qū) 動(dòng)環(huán)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 量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)的變
扭矩控制方法，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)變量調(diào)節(jié)器；當(dāng)變量調(diào)節(jié)器是機(jī)械 變量調(diào)節(jié)器時(shí)，調(diào)節(jié)其變量調(diào)節(jié)桿的位置；當(dāng)變量調(diào)節(jié)器是單油口液壓變量調(diào) 節(jié)器、雙油口單控液壓變量調(diào)節(jié)器或雙控液壓變量調(diào)節(jié)器其中任意一種液壓變 量調(diào)節(jié)器時(shí)，調(diào)節(jié)其變量控制油口的壓力；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，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Xw/乙x T二(2D-l)魂XPXn機(jī)Xr(閥)
先導(dǎo)閥位移幅值即變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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二X開(kāi)/X隨產(chǎn)(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，Xm^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，，為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，riw為配油閥組控制 柱塞腔的效率，yO為變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)閥位移幅值即變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)，則變量驅(qū) 動(dòng)環(huán)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)l:高壓驅(qū)動(dòng)狀態(tài)先導(dǎo)閥位移大于變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)2，3:空行程狀態(tài)先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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，高壓供油閥在先導(dǎo)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)2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)4:正?；赜蜖顟B(tài)先導(dǎo)閥位移小于負(fù)的變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)先導(dǎo)高壓油口與高壓供油閥的彈簧腔
溝通，高壓供油閥在先導(dǎo)高壓油口的壓力作用下保持關(guān)閉；
(4) 狀態(tài)5，6:泵工況先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)先導(dǎo)高壓油口的壓力，先導(dǎo)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先導(dǎo)高壓油口壓力以上后打開(kāi)；其中狀態(tài)5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?油口吸油，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(pán)上的力還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與斜盤(pán)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(pán)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(pán)的巨大不均衡力矩中解放出來(lái)，只需要克服各先導(dǎo)閥作用在變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)明中配油閥組和機(jī)液先導(dǎo)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明中先導(dǎo)閥和變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所在剖面(采用機(jī)械變量調(diào)節(jié)器) 的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明中先導(dǎo)閥和變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所在剖面(采用單油口液壓變量 調(diào)節(jié)器)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明中先導(dǎo)閥和變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所在剖面(采用雙油口單控液壓
變量調(diào)節(jié)器)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是本發(fā)明中先導(dǎo)闊和變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)所在剖面(采用雙控液壓變量調(diào)
節(jié)器)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖7是本發(fā)明中各主閥和變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝示意圖。 圖8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9是本發(fā)明中變量調(diào)節(jié)器各零件向殼體中安裝的安裝示意圖(以雙油口 單控液壓變量調(diào)節(jié)器為例)。
圖IO是本發(fā)明中先導(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11是本發(fā)明中各先導(dǎo)閥芯上面，各個(gè)閥口臺(tái)階與液壓油口的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。
圖12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13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14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15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16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 閥彈簧腔、14主闊體、15先導(dǎo)閥體、16先導(dǎo)閥、17變量驅(qū)動(dòng)環(huán)、18殼體、19帶 背壓的回油口、 20高壓油口、 21先導(dǎo)高壓油口、 22變量調(diào)節(jié)桿、23變量控制油 口、 24變量柱塞、25彈簧座、26復(fù)位彈簧、27變量控制回油口、 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)閥高壓端面、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 環(huán)形端面之間的容腔、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(xiāo)釘、40扭矩輸出機(jī)構(gòu)、41定量斜盤(pán)、42配油閥組、43機(jī)液變扭矩 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、44先導(dǎo)閥環(huán)形端面。
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。
本具體實(shí)施例中的一種機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩配油型旋轉(zhuǎn)缸筒式定量柱塞液 壓馬達(dá)，由一個(gè)普通的旋轉(zhuǎn)缸筒式定量柱塞液壓馬達(dá)改裝而來(lái)。
拆除柱塞式定量液壓馬達(dá)的后蓋和配油盤(pán)，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(xiāo)孔，銷(xiāo)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(pán)位置，銷(xiāo)釘 插到柱塞缸筒新加工的銷(xiāo)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)變扭矩功能的柱塞式變量液壓馬達(dá)了。
根據(jù)前面所述的結(jié)構(gòu)與控制方法，該柱塞式變量液壓馬達(dá)的工作過(guò)程如附 圖12 16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))
(1) 狀態(tài)A:高壓驅(qū)動(dòng)狀態(tài)先導(dǎo)閥位移大于變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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4卜油閥的彈簧腔溝通，排油4卜油 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)變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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，高壓供油闊在先導(dǎo)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)2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:正常回油狀態(tài)先導(dǎo)閥位移小于負(fù)的變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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4卜油閥的彈簧腔溝通，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)先導(dǎo)高壓油口與高壓供油閥的彈簧腔 溝通，高壓供油閥在先導(dǎo)高壓油口的壓力作用下保持關(guān)閉；
(4)狀態(tài)E,F:泵工況先導(dǎo)閥位移處于正負(fù)變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)先導(dǎo)高壓油口的壓力，先導(dǎo)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先導(dǎo)高 壓油口壓力以上后打開(kāi)；其中狀態(tài)5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)，包括扭矩輸出機(jī)構(gòu)、定量斜盤(pán)、柱塞缸筒、柱塞和柱塞腔，其特征在于，還包括配油閥組和機(jī)液先導(dǎo)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；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)閥和公共的配油閥體構(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與高壓油口連通，每個(gè)高速開(kāi)關(guān)排油-補(bǔ)油閥的周向油口均與帶背壓的回油口連通；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)閥靠近殼體的端面與排油-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)階與環(huán)形端面之間各有一個(gè)容腔；每個(gè)先導(dǎo)閥在靠近殼體側(cè)的端面與帶背壓的回油口連通，另一側(cè)有兩個(gè)端面，高壓端面與高壓油口連通，環(huán)形端面與帶背壓的回油口連通；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)端面之間的容腔與帶背壓的回油口連通，在高壓供油控制臺(tái)階與環(huán)形端面之間的容腔與先導(dǎo)高壓油口連通，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；所有的先導(dǎo)閥都位于同一截面上；所述的機(jī)液先導(dǎo)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由殼體、變量驅(qū)動(dòng)環(huán)、變量調(diào)節(jié)器組成；所述的殼體的軸向端面與所述的配油閥體位于柱塞另一側(cè)的端面之間設(shè)有靜壓支撐；所述的變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)接觸并相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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；變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)；所述的變量調(diào)節(jié)器位于殼體周向，中心軸線垂直于吸排油分界線方向。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩旋轉(zhuǎn)缸筒柱塞液壓馬達(dá)，其 特征在于，所述變量調(diào)節(jié)器是機(jī)械變量調(diào)節(jié)器、單油口液壓變量調(diào)節(jié)器、雙油 口單控液壓變量調(diào)節(jié)器、雙控液壓變量調(diào)節(jié)器四種結(jié)構(gòu)中的任意一種，其中機(jī)械變量調(diào)節(jié)器包括變量調(diào)節(jié)桿，變量調(diào)節(jié)桿與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)剛性連接； 單油口液壓變量調(diào)節(jié)器包括變量柱塞，變量控制油口，復(fù)位彈簧和彈簧座， 變量柱塞一側(cè)與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與變量控制油口連通；彈簧座一側(cè)與 變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與復(fù)位彈復(fù)位接觸；彈簧腔穿過(guò)彈簧座與帶背壓的回 油口連通；雙油口單控液壓變量調(diào)節(jié)器包括2個(gè)變量柱塞，變量控制油口，復(fù)位彈簧和 變量控制回油口，變量柱塞一側(cè)與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與變量控制油口連通；彈簧座一側(cè)與變量驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)與復(fù)位彈復(fù)位接觸；彈簧腔與變量控制回油口連通；雙控液壓變量調(diào)節(jié)器包括2個(gè)變量柱塞，2個(gè)變量控制油口和2個(gè)復(fù)位彈簧， 變量柱塞與變量控制油口，復(fù)位彈簧一一對(duì)應(yīng)；每個(gè)變量柱塞的一側(cè)均與變量 驅(qū)動(dòng)環(huán)接觸，另一側(cè)均與相應(yīng)的復(fù)位彈簧接觸；2個(gè)彈簧腔均與變量控制油口連 通。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩旋轉(zhuǎn)缸筒柱塞液壓馬達(dá)，其 特征在于，所述先導(dǎo)高壓油口的供油壓力比高壓油口的供油壓力略高，流量正 好保證所有高壓供油閥閥芯快速關(guān)閉所需，使得所有高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥都能 夠快速關(guān)閉。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩旋轉(zhuǎn)缸筒柱塞液壓馬達(dá)，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(xiāo)釘剛性連接到柱塞缸筒上； 柱塞腔分油閥體與主閥體、主闊體與先導(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)，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)，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)，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，正好等于變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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，正好等于變量驅(qū)動(dòng)環(huán) 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。
8、 一種應(yīng)用于權(quán)利要求l所述機(jī)液先導(dǎo)開(kāi)關(guān)變扭矩旋轉(zhuǎn)缸筒柱塞液壓馬達(dá)的變扭矩方法，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)變量調(diào)節(jié)器；當(dāng)變量調(diào)節(jié)器是機(jī)械 變量調(diào)節(jié)器時(shí)，調(diào)節(jié)其變量調(diào)節(jié)桿的位置；當(dāng)變量調(diào)節(jié)器是單油口液壓變量調(diào) 節(jié)器、雙油口單控液壓變量調(diào)節(jié)器或雙控液壓變量調(diào)節(jié)器其中任意一種液壓變 量調(diào)節(jié)器時(shí)，調(diào)節(jié)其變量控制油口的壓力；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，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二(2D-l)魂XPXr(機(jī)Xn閥)先導(dǎo)閥位移幅值即變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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二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，X^x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，T(tt為液壓馬達(dá)的機(jī)械效率，riw為配油閥組控制柱塞 腔的效率，yO為變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)閥位移幅值即變量驅(qū)動(dòng)環(huán)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)，則變量驅(qū) 動(dòng)環(huán)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)。該馬達(dá)包括扭矩輸出機(jī)構(gòu)、定量斜盤(pán)、柱塞缸筒、柱塞和柱塞腔，還包括配油閥組和機(jī)液先導(dǎo)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；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)閥和公共的配油閥體構(gòu)成，機(jī)液先導(dǎo)變扭矩驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由殼體、變量驅(qū)動(dòng)環(huán)、變量調(diào)節(jié)器組成。本發(fā)明還提供了該馬達(dá)的變扭矩方法根據(jù)對(duì)輸出扭矩大小的要求，調(diào)節(jié)變量調(diào)節(jié)器；控制高速開(kāi)關(guān)高壓供油閥的開(kāi)啟時(shí)間，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；輸出與占空比成正比的平均扭矩，實(shí)現(xiàn)變扭矩控制。
文檔編號(hào)F15B15/08GK101302991SQ20081006354
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2008年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月20日
發(fā)明者顧臨怡 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);杭州慧翔機(jī)電控制工程有限公司