CN100387832C - 一种低速大扭矩液压驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低速大扭矩液压驱动机构，该机构壳体内腔设有摆动盘，在壳体外环与摆动盘之间活动均布支承有至少三个油缸，在壳体中心装有一根曲轴，摆动盘活动装在曲轴的偏心轴上，在各油缸外面分别装有开关感应体及与之对应的壳体外壁上装有一个配油开关，各油缸支承座上分别装有一个与其油缸内腔相连的换向阀，通过开关感应体、配油开关及电控器对各油缸上的换向阀工作状态进行控制。本发明基本上消除了传统液压马达的漏损，提高了液压驱动机构的刚性，最大限度地减少了液压驱动机构因漏油对其转速的影响，有效地提高了液压驱动机构的低速稳定性。

Description

一种低速大扭矩液压驱动机构

技术领域

本发明涉及液压传动技术领域，特别是一种低速大扭矩液压驱动机构。

背景技术

液压马达是一种将液压能转变成旋转运动输出扭矩的执行元件，广泛应用在驱动旋转运动的各种机械中。但是由于液压马达还存在一定的问题，例如，低速稳定性不够平稳，制造成本较高，特别是低速大扭矩液压马达，问题更为突出，因此其使用范围受到一定限制。

目前使用的液压马达品种繁多，按旋转速度分有高速马达和低速马达，按产品结构分有齿轮马达、叶片马达、摆线马达、轴向柱塞马达和径向柱塞马达，径向柱塞马达又分内曲线马达、星形马达、球塞马达和摆缸马达等。总的来说，液压马达的品种虽然繁多，但归纳起来，各种液压马达的共同之处都是利用液压油通过一种机械配流机构到达一个封闭的容积中，产生相应的负荷压力推动柱塞或齿轮、叶片运动，驱动转子旋转，输出扭矩。配流机构由配油盘或配油轴与转子(缸体)组成，利用转子与配油盘之间产生相对运动而配油，与此同时会产生一层油膜，以减小相对运动面之间的摩擦磨损，提高寿命。但又会出现一个漏损问题：在一定压力的条件下，配油盘的相对运动速度越高油膜越薄，相对漏损越少，但被磨损的机会增大，一旦油膜损坏，配油盘烧伤，液压系统就不能正常工作；反之相对运动速度越低油膜越厚，相对漏损越多，被磨损机会减少，但转速不稳定。柱塞与缸体之间通常采用间隙密封，间隙越大，漏损越多，间隙越小，漏损越少，但间隙最小是有限度的，间隙太小柱塞容易卡死，通常要保持一定的间隙，因此漏损是不可避免的，而且间隙要求很高，加工困难，工艺复杂，制造成本高。柱塞与曲轴或斜盆之间采用静压平衡，产生油膜，以减少磨损，但也由此而产生漏损。综上所述，液压马达的漏损油量约为：5-10％Q，即容积效率为：η₀＝90-95，可见，损耗了一定的能量。而速度因素对漏损的影响较小，也就是说液压马达高速和低速时的漏损是差不多的，因此液压马达在高速时流量较大，漏损对转速稳定性的影响相对较小，但在低速时流量较小，漏损对速度的影响相对较大，转速不稳定，往往产生爬行现象。

为了提高液压驱动系统的低速稳定性，通常采用增加减速箱的办法，提高液压马达转速，减少了液压马达相对漏损，对于提高液压系统的稳定性起一定的作用，但漏损仍然存在，而且增加了减速箱使结构复杂，成本增加，因此不是根本解决问题的办法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是基本消除传统液压马达的漏损，提高液压驱动机构的刚性，最大限度地减少液压驱动机构漏油对其转速的影响，有效地提高液压驱动机构的低速稳定性。

本发明所提出的技术解决方案是这样的：一种低速大扭矩液压驱动机构，包括油缸及其柱塞杆、壳体，所述壳体内腔内设有一个摆动盘，至少三个所述的油缸缸体端部通过轴承支承座均布支承在所述壳体外环上，在各油缸的柱塞杆外端部通过销轴均布地活动支承在对应的摆动盘外环上，所述壳体中心通过轴承安装有一根曲轴，摆动盘的中心通过轴承安装在该曲轴的偏心轴上，在各油缸缸体外面分别安装有一个开关感应体，与之对应的壳体外壁上装有一个配油开关，各油缸支承座上分别装有一个与其油缸内腔相连接的换向阀，通过各油缸上的开关感应体、配油开关及电控器对各油缸上的换向阀工作状态进行控制。所述均布安装在壳体外环上的油缸个数为2n+3个，n为0、1、2、3......。

本发明也属于液压马达的范畴，与传统液压马达的主要区别在于无配油盘，采用电液配油，用油缸作柱塞，不需要减速箱。

与现有技术相比，本发明具有如下显著效果：

1、采用多个常规的液压油缸作为动力，驱动液压驱动机构作旋转运动，把油缸的直线运动变成旋转运动输出，油缸采用密封圈，作无间隙密封，消除了传统的液压马达柱塞与缸体之间的漏损和复杂的加工工艺。

2、传统液压马达主轴旋转一圈，柱塞与主轴相对运动的行程为πD，而本液压驱动机构的主轴旋转一圈，油缸与摆动盘相对运动的行程为L(一个小椭圆)，πD＞＞L。可见，由于采用摆动盘结构把油缸的往复运动变成圆周摆动运动，摆动盘驱动主轴旋转，减少了柱塞与曲轴相对运动速度，摆动盘与主轴之间用轴承连接，不存在传统液压马达柱塞与主轴之间的磨擦磨损及漏损。

3、取消了传统液压马达配油盘结构，采用了新的电液配油结构，即油缸作伸缩运动的同时作摆动运动，利用油缸摆动的角度控制电器开关，进而控制换向阀对各油缸进行配油，当油缸摆动到配油开关接通位置时，换向阀线圈接通(或断开)，油缸进油(或出油)，液压驱动机构正转(或反转)，当油缸摆动在配油开关断开位置时，换向阀线圈断开(或接通)，油缸出油(或进油)，液压驱动机构反转(或正转)，通过多个油缸开关循环接通和断开实现多油缸液压驱动机构配油功能，从而彻底地消除了传统液压马达配油盘高速高压的机械摩擦磨损及漏损。

4、由于采用了以上结构，消除了传统液压马达的的关键部位的漏损，使液压驱动机构的容积效率最大限度地提高到100％，工作稳定性得到极大限度的提高。

5、由于采用了摆动盘结构，最大限度地减少了运动付的相对运动速度，减少了零件的摩擦磨损和漏损，提高了机构的工作可靠性和寿命。

6、由于采用了油缸分体式结构，简化了加工工艺，降低了加工精度，减少了制造成本。

目前绝大部分低速大扭矩传动装置都是采用机械传动或局部的液压传动，即液压与齿轮传动相结合，因此结构复杂，成本较高。本发明完全可以取代以上低速大扭矩传动装置，实现纯液压低速大扭矩传动，进一步地扩大液压传动应用范围，充分发挥液压传动的优越性，简化了机械电气传动结构，减小了体积，减轻了重量，降低了成本，提高了性能。

附图说明

图1是本发明一个实施例的结构示意图。

图2是图1的左视示意图。

图3是图1所示其中一个油缸与摆动盘、曲轴之间的受力分析图。

图4是图1所示液压马达驱动机构的电控原理图。

具体实施方式

通过下面实施例对本发明作进一步详细阐述。

参见图1、图2、图3、图4所示，本发明一个实施例一种低速大扭矩液压驱动机构主要由壳体1、摆动盘2、七个油缸5、曲轴3、电磁换向阀7、配油开关9及电控器11组成。七个油缸5的缸体端部通过轴承支承座6均布支承在壳体1外环上，各油缸的柱塞杆10外端部通过销轴4分别活动支承在摆动盘2外环的对应位置上，曲轴3两端(即主轴)通过轴承安装在壳体1中心位置上，摆动盘2中心通过轴承安装在曲轴3的偏心轴上，在各个油缸的支承座6上分别装有一个与其油缸5内腔相连接的电磁换向阀7，在各个油缸5的缸体外面对应壳体1的位置上装有一个开关感应体8，与之对应的壳体1外壁上装有一个配油开关9，配合电控器11对各电磁换向阀7的工作状态进行控制。

本低速大扭矩液压驱动机构的工作原理及工作过程是这样的：当油缸5处于零位时，其柱塞杆10的行程h＝0、摆动角度α＝0，配油开关9不通，当油缸5偏移Δα＞0时，配油开关9接通，对应的电磁换向阀7工作，液压油通过电磁换向阀7进入该油缸作用于柱塞上，柱塞杆10外伸推动摆动盘作圆周摆动，设柱塞杆10外伸行程为Δh，油缸摆动角度为Δα，摆动盘2摆动角度为Δω，则曲轴3旋转了Δn转，当柱塞杆10外伸到位时，柱塞杆10的行程为h，油缸摆动角度回复到α＝0，摆动盘2的摆动角度为π，曲轴3旋转了半圈，此时配油开关9断开，电磁换向阀7断电，柱塞杆10在摆动盘2作用下缩回，液压油通过电磁换向阀7流回油箱，柱塞杆10缩回到位时，其行程h＝0，油缸5的摆动角度α＝0，摆动盘2已摆动ω＝2π，曲轴3已旋转1圈，在摆动盘2的作用下继续摆动Δα＞0时，此时配油开关9接通，重复上一个循环。如此7个油缸交替往复循环工作，推动摆动盘2作圆周摆动，带动曲轴3的主轴旋转。配油开关9的工作原理：油缸5的柱塞杆10伸缩推动摆动盘2摆动的同时，油缸5自身也作摆动，开关感应体8随着油缸5的摆动，使与之对应的配油开关9自动地接通或断开。当油缸5摆动在0-α区间时，配油开关9接通，电磁换向阀7通电，油缸5进油；当油缸5摆动在0-(-α)区间时，配油开关9断开，电磁换向阀7断电，油缸5出油，从而实现了自动配油功能。改变配油开关的电控器11的控制方向即可改变摆动盘2的旋转方向，从而改变输出主轴的旋转方向。

本液压驱动机构的运动受力状况如图3所示：油缸5的作用力F通过摆动盘2作用在曲轴3的偏心轴O′上，产生一个分力Ft，由于偏心轴O′与曲轴中心O有一个偏心距e，因此产生一个扭矩M＝Ft·e，3个油缸处于进油高压区，产生的扭矩为3M＝3Ft·e，推动偏心轴转动，但摆动盘2不转动，只是围绕曲轴摆动，不自转，油缸5柱塞杆随曲轴3的转动而绕曲轴中心O摆动，其摆动角度 $\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\left(\frac{r\·\cos \mathrm{\ω}}{R}\right),$ 其中，r-摆动盘外环与油缸柱塞杆端部连接点c的分布半径，R-油缸5支承点D在壳体1的分布半径，ω-摆动盘2的摆动角度，油缸柱塞杆头与摆动盘2的外环连接点c的运动轨迹是一个椭圆，其长轴A＝2e，短轴B＝2×(e-Rsinα)，一个油缸柱塞杆10一次行程推动摆动盘2摆动180°，曲轴3旋转半圈。由于油缸柱塞杆10行程的起点和终点是无力的，因此要多个油缸交替工作，推动摆动盘2摆动，从而克服了单个油缸柱塞杆运动轨迹的死点和回程的运动，这样才能推动摆动盘2作圆周摆动，带动曲轴3转动。

Claims (2)

1.一种低速大扭矩液压驱动机构，包括油缸及其柱塞杆、壳体，其特征在于：所述壳体内腔内设有一个摆动盘，总数不少于三个的油缸缸体端部通过轴承支承座均布支承在所述壳体外环上，所述各油缸的柱塞杆外端部通过销轴均布地活动支承在对应的摆动盘外环上，所述壳体中心通过轴承安装有一根曲轴，摆动盘的中心通过轴承安装在该曲轴的偏心轴上，在各油缸缸体外面分别安装有一个开关感应体，与之对应的壳体外壁上装有一个配油开关，各油缸支承座上分别装有一个与其油缸内腔相连接的换向阀，通过各油缸上的开关感应体、配油开关及电控器对各油缸上的换向阀工作状态进行控制：配油开关接通，换向阀工作，液压油通过换向阀进入油缸作用于柱塞；配油开关断开，换向阀断电，液压油通过换向阀流回油箱；改变配油开关的电控器的控制方向从而改变摆动盘的旋转方向。

2.根据权利要求1所述的低速大扭矩液压驱动机构，其特征在于：所述均布安装在壳体外环上的油缸个数为2n+3个，n为0、1、2、3......。

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