CN105804931A - 电液伺服驱动360°旋转液压马达 - Google Patents

Abstract

电液伺服驱动360°旋转液压马达属于液压马达领域。它由电液伺服阀及减压阀控制，能够正反向连续旋转，无结构性流量脉动和转矩脉动，低速运转平稳，具有启动性能好、尺寸小、重量轻、回转精度高等优点。在未启动之前，叶片在其根部的弹簧压力作用下，从转子槽中顶出贴紧壳体内表面，形成密闭的压力容腔；启动之后，液压泵供给的压力油经过电液伺服阀流到配油盘径向对称布置的进油腔，高压油进入伺服马达工作容腔后，作用在进油区叶片上产生力矩，并通过叶片推动转子旋转，而转子直接将转速和转矩输出。主要应用于机器人、机械臂、旋压机、起重机、铲运机和挖掘机等工程机械中。

Description

电液伺服驱动360°旋转液压马达

一、技术领域

本发明涉及一种电液伺服驱动液压马达，尤其是360°旋转电液伺服液压马达，属于液压马达领域。

二、背景技术

随着科技的快速发展和经济的高速增长，液压工业在国民经济中的作用也越来越大，随着工业化和城市化的推进，液压泵马达也越来越广泛的应用于工业化和城市化的进程中，其中机器人、农业机械、工程机械、冶金、机床和塑料机械等行业对液压泵马达的需求尤为旺盛。工程机械是液压产品的最大用户，目前95％以上的工程机械都采用液压传动技术，尤其是行走驱动和转向部分，几乎全部依靠液压泵/马达来实现。随着液压传动与控制技术的快速发展，对液压***中具有特定性能要求的转动输出机构的需要越来越迫切，促进了液压马达的快速发展。

液压马达属于液压***的动力元件，并直接连接负载，其性能参数对整个***的动静态特性影响很大，液压马达通常可分为高速和低速两大类，它们有各自的优点和应用场合，高速液压马达工作力矩小，本身低速稳定性不好，需要配合减速器使用；低速液压马达排量大，转速在低到每分钟几转甚至零点几转时仍能稳定输出很大的扭矩，低速液压马达具有很好的低速稳定性，可以直接和工作机构连接，传动方式灵活、紧凑，广泛应用于机床和注塑机等。目前应用液压马达的控制装置有的采用泵控,更多的采用阀控，但大多属于开关控制，其主要缺陷是没有反馈环节，因而控制精度低、操作不方便，而且不能实现自动控制，因此电液伺服驱动的液压马达的研制可以解决控制精度低、开关控制无法解决的问题。

目前有很多液压控制***由摆动式电液伺服马达进行驱动，例如用于机械手肘关节的摆动马达新型结构，具有外形尺寸较小、重量较轻等特点，另外旋转液压缸也广泛地应用于机器人、机械臂、液压钻机、凿岩机、隧道多臂台车、起重机、铲运机和挖掘机等大中型工程机械中，目前美国Helac公司的L10、20、30系列摆动液压缸，德国撼神公司、挪威的ScanaSkarpenordAS公司和日本TAKEDA公司生产的摆动液压缸，广泛应用于各种类型机械中。螺旋摆动液压油缸利用大螺旋升角的螺旋实现旋转运动的一种特殊油缸，相对于传统的齿轮齿条摆动油缸和叶片摆动马达，具有结构紧凑、安全可靠、占位空间小，易于设计、输出扭矩和摆动角度大等优点。当负载一定时，增大油缸的输出摆角，都将增大油缸活塞的工作行程，从而使油缸的尺寸增加。港口机械、工程机械、建筑机械、船舶配载及设备操作、井下工作、高空作业、海底勘探装置及近海平台、特种机器人、物流及交通运输、农林机械及设备、食品工业、烟草机械、制药工业和石油化工等领域广泛应用。近年来，国内外发展了一种新型的来复式摆动油缸，用以实现液压机械的转动。它的优点是体积小、重量轻、结构紧凑、便于整机布置，与叶片式摆动油缸相比，它扭矩大，容积效率高，与由往复油缸组成的摆动机构相比，它具有较高的机械效率。目前，各类凿岩台车和钻机的钻臂机构、液压机械手、鱼雷发射架的开启装置等均有采用，取得了很好的效果。自1984年以来，哈尔滨工业大学以刘庆和教授为首的科研小组经过刻苦攻关，先后研制成功了一系列具有宽调速、超低速、大扭矩、高精度等特点的摆动电液伺服马达，由于采用了先进的结构设计和良好的润滑、密封方式，使新型摆动电液伺服马达的最低速度达到0.0004°/s，动态速比达到75万倍，精度达到0.001°，其它性能指标也均达到或超过国外同类产品的水平。

无论是摆动马达还是摆动油缸只能摆动一定的角度，而有些应用场合，如机器人、注塑机、起重机回转机构、仿真转台、负载模拟器等需要实现连续360°旋转的运动，因此单纯采用摆动式电液伺服马达或摆动油缸驱动已不能满足要求。

在小负载的情况下，可采用电气伺服驱动方式实现连续回转，但伺服电机的低速性能和抗干扰能力都不甚理想。在大负载的情况下，目前我国生产的汽车起重机所用的提升、回转机构，大多采用柱塞式液压马达驱动齿轮减速器或蜗轮蜗杆减速器。这些传动形式虽比机械式传动具有很多优点,但也还存在机构笨重、效率低、噪声较大等缺点。国外汽车起重机则广泛采用由叶片式液压马达驱动行星齿轮减速器并带有摩擦片式液压制动器的传动型式。这种方式减速机构传动复杂，机械刚度差，常规工程液压马达的输出仍然具有转矩脉动，位置精度不高，不能实现超低速，一般为恒定负载且对频响指标要求不高。而电液伺服驱动360°旋转液压马达能够实现连续旋转，作伺服运动，也就是正反向一致，超低速性能好，其最低转速在0.01°/s以下，有较高的频响。因此开展电液伺服驱动360°旋转低速液压马达的研究具有重要的意义。

三、发明内容

国内生产的大型工程机器为了实现某些部件在重载下的低速大角度旋转,一般都是采用带齿条的直线活塞缸驱动齿轮的方式，或者液压马达连接减速器的方式，存在结构大、响应慢、反向间隙大且精度不高等问题，因此，本发明提供了一种360°旋转电液伺服驱动液压马达。

电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征在于设计一种新的伺服控制元件，这种新的伺服控制元件，由液压马达、电液伺服阀及减压阀集成，输入为电信号，能够实现稳定的连续回转低速运动，减少了机械减速装置，是一种典型的机、电、液复合元件；

电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征在于采用由O型圈、刚性支撑环与聚四氟乙烯复合材料形成的新型填料式组合动密封结构，基于摩擦正交实验设计思想，以减小摩擦力矩为目标，确定一组摩擦系数小、耐磨损的聚四氟乙烯复合密封材料及其最佳成份配比，从而改善摩擦特性及泄漏量；

电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征在于考虑马达配油盘端面在油压作用下的变形引起的泄漏量，采用ADINA有限元分析软件，基于流固耦合理论，在不同的微小间隙下，分析电液伺服马达泄漏量对其低速性能的影响，得到最佳间隙值；

电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征在于以马达高低压腔间压力的平稳过渡为原则，通过对不同结构及不同尺寸的缓冲槽分析，建立流体力学方程进行仿真研究，并通过有限元仿真进行流场分析，确定最佳的压力缓冲槽结构及尺寸，减小马达压力换向冲击。

四、附图说明

图1为本发明的电液伺服驱动360°旋转液压马达工作原理图。

图2为本发明的电液伺服驱动360°旋转液压马达三维外观模型图。

五、具体实施方式

电液伺服驱动360°旋转液压马达属于液压马达领域。它由电液伺服阀及减压阀控制，能够正反向连续旋转，无结构性流量脉动和转矩脉动，低速运转平稳，具有启动性能好、尺寸小、重量轻、回转精度高等优点。在未启动之前，叶片在其根部的弹簧压力作用下，从转子槽中顶出贴紧壳体内表面，形成密闭的压力容腔；启动之后，液压泵供给的压力油经过电液伺服阀流到配油盘径向对称布置的进油腔，高压油进入伺服马达工作容腔后，作用在进油区叶片上产生力矩，并通过叶片推动转子旋转，而转子直接将转速和转矩输出。主要应用于机器人、机械臂、旋压机、起重机、铲运机和挖掘机等工程机械中。

Claims (4)

1.电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征是设计一种新的伺服控制元件，这种新的伺服控制元件，由液压马达、电液伺服阀及减压阀集成，输入为电信号，能够实现稳定的连续回转低速运动，减少了机械减速装置，是一种典型的机、电、液复合元件。

2.根据权利要求书1所述的电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征是：采用由O型圈、刚性支撑环与聚四氟乙烯复合材料形成的新型填料式组合动密封结构，基于摩擦正交实验设计思想，以减小摩擦力矩为目标，确定一组摩擦系数小、耐磨损的聚四氟乙烯复合密封材料及其最佳成份配比，从而改善摩擦特性及泄漏量。

3.根据权利要求书1所述的电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征是：考虑马达配油盘端面在油压作用下的变形引起的泄漏量，采用ADINA有限元分析软件，基于流固耦合理论，在不同的微小间隙下，分析电液伺服马达泄漏量对其低速性能的影响，得到最佳间隙值。

4.根据权利要求书1所述的电液伺服驱动360°旋转液压马达，其特征是：以马达高低压腔间压力的平稳过渡为原则，通过对不同结构及不同尺寸的缓冲槽分析，建立流体力学方程进行仿真研究，并通过有限元仿真进行流场分析，确定最佳的压力缓冲槽结构及尺寸，减小马达压力换向冲击。