一種柱塞馬達控制系統集成化探討研究

摘? 要：液壓馬達是液壓系統應用中非常重要的執行元件。液壓馬達的種類頁比較多，主要有鋼球馬達，擺線馬達，內五星馬達，外五星馬達，內曲線液壓馬達，斜軸式柱塞馬達，斜盤式柱塞馬達等。目前國外對國內技術優勢就是高端的高壓無級變量泵（馬達），相比之下，我國發展晚于其他發達國家，技術水平與國外相比，還有一定的差距。國內應用液壓馬達作為一個獨立的液壓元件，然后搭配各種控制閥來實現對馬達的控制要求。

關鍵詞：挖掘機;液壓馬達;集成化

1 柱塞馬達控制系統集成化設計的基本思路

柱塞馬達的集成化設計是指在整個液壓系統中，將液壓馬達的正向旋轉和反向旋轉控制，液壓馬達的制動器的開啟和關閉控制，液壓馬達的變量控制（最終改變液壓馬達的輸出轉速），液壓馬達的輸出扭矩的大小，全部集中在一個液壓馬達上。不需要像目前的控制方式一樣：液壓馬達作為獨立的液壓元件，通過三位四通換向閥控制液壓馬達的正反向旋轉;通過外加機械濕式制動器控制馬達的制動和開啟;通過改變泵的輸出流量控制液壓馬達的輸出轉速;液壓馬達輸出軸連接多級行星齒輪變速箱達到需要的扭矩。

2 柱塞馬達控制系統集成化設計的優點

（1） 結構緊湊，安裝空間需求較小，易于安裝。

（2）零件集中化布置，節省液壓管路和液壓控制閥，節約成本。

（3）液壓系統主要包括動力源，液壓執行元件，液壓控制元件等。當液壓系統出現故障時，組成元件越多，故障率就會越高，排除故障也就越困難。高度集成化之后，液壓系統構成元件減少，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，尺寸精度及表面質量可以達到很高的要求，彼此間的配合很精密，油液泄漏小，容積效率高，所以能達到的工作壓力是很，一般是20-40MPa。

（5）減少變量馬達的排量將使輸出扭矩下降，而使轉速升高這意味著變量馬達可在低速時驅動重負載，而在輕負載時能保持較高速的運轉，可以起到近似恒功率輸入、輸出的節約能源、減少動力消耗的效果。

3 柱塞馬達控制系統集成化設計材料的選擇

（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：高疲勞強度，高耐磨性，熱處理后尺寸精確，強度也要較高。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卡死現象。

（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、長閥芯相對來說，要求不是很高，但要具有力學性能和低溫沖擊韌性良好，具有良好的耐磨性和抗彎強度。同時，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調質處理

（10）梭閥：材料-45#熱處理-HB220-250

4 柱塞馬達控制系統集成化設計的組成及各部分功用

柱塞馬達在高度集成化的基礎上，還采用了模塊化的設計思想。液壓馬達的前蓋上集成控制液壓馬達的正反向液控換向閥，集成梭閥，油路通過梭閥控制制動器的啟閉;制動器集成在缸體上，缸體周圍設有傳動的鍵槽，鍵槽與動摩擦片連接，靜摩擦片與殼體連接，通過彈簧了控制制動活塞，達到液壓馬達制動的目的。通過壓力油作用于制動活塞平面，克服彈簧力，打開制動器，馬達實現轉動;該柱塞馬達為斜盤式結構，斜盤下方設置有變量活塞，變量活塞內有壓縮彈簧，外來的壓力油作用于變量活塞，當壓力達到一定數值時，變量活塞受力頂起斜盤，導致斜盤傾角發生變化，進而達到改變馬達排量的目的。即在輸入流量不變的情況下，可以改變液壓馬達的輸出轉速。當外來壓力油泄掉時，變量活塞在彈簧力的作用下進行復位，馬達恢復至之前的排量。即在輸入流量不變的情況下，恢復之前的轉速。液壓馬達的柱塞、缸體和斜盤安裝至齒輪箱內，盡最大可能縮短軸向距離。齒輪箱可采用行星齒輪傳動，也可以采用擺線齒輪傳動。輸出形式可以是殼體轉動，也可以是輸出軸轉動。該液壓馬達的特點為高速高壓，所以馬達直接輸出的扭矩比較小，需要通過減速器放大扭矩，進而驅動重型負載工作。

5 結論

（1）液壓馬達控制系統集成化設計，應盡量縮小結構尺寸，盡量保證體積小，結構輕，而且便于維護。

（2）液壓馬達控制系統集成化設計中應特別注意在配流盤與缸體之間的設計時，必須保證有足夠的油膜厚度以防止配流盤與缸體產生金屬摩擦，使配流盤磨損加劇影響使用壽命。

（3）密閉容積在進排油轉換時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）為了減少馬達運轉時的振動，通常在配流盤上的過渡區間應開有泄荷槽或減震孔，以減少柱塞由高壓區向低壓區或低壓區過渡到高壓區時的壓力沖擊，提高其工作性能。

（5）在另一個端面磨擦副的配合中即滑靴與斜盤的配合設計時為了減少滑靴與斜盤發生金屬接觸摩擦，滑靴燒蝕脫落等現象，設計時應該使滑靴與斜盤的接觸呈浮動式非接觸靜壓卸載形式。即保證斜盤與滑靴間應有10～30？滋m的油膜厚度，依靠液體壓力承受柱塞載荷。

（6）在對軸向柱塞式馬達的控制系統集成化設計時，應主要考慮液壓系統控制方式，針對不同的情況有不同的變量方式，以符合挖掘機所需要的扭矩，盡量減少損失的能量，控制泄漏量，達到最優方式。

作者簡介：王立冬，男，漢族，黑龍江，學歷：本科，職稱中級工程師，研究方向：機械設計制造及其自動化，單位：哈爾濱華惠農業機械制造有限公司。