数字配流与调速式液压马达的建模与实现

　　配流机构是决定低速大扭矩液压马达性能的关键部件之一^[1].常见的有轴配流与端面配流2种传统结构.许多学者为改善液压马达的性能而针对配流机构进行研究^[2-3],并取得了一定效果.然而,这2种配流机构都存在结构复杂、加工成本高,并且仅能实现单一配流功能,不具备调速功能的本质缺陷^[4].

　　文献^[5]中提出一种数字配流与调速式的低速大扭矩液压马达方案,即以两位三通高速电磁开关阀组取代传统低速大扭矩液压马达轴配流与端面配流机构.该新型液压马达有望从根本上克服传统液压马达加工工艺复杂、效率低等缺点,改善其控制与调节特性,增大控制的灵活性和应用范围.

　　在关于液压马达数学模型的研究中,通常将液压马达作为一个整体执行部件来考虑,进而得出液压马达转速的动态过程^[6-7].

　　本文针对所提出的数字配流与调速式液压马达,分析其各个柱塞腔的依次进回油从而推动曲轴旋转的数学模型,并在此基础上进行仿真,以表明新型液压马达不仅可以通过改变高速电磁开关阀控制信号的占空比来实现转速的调节,而且通过使用不同的配流状态表可以实现转向切换.

　　为了验证仿真结果的正确性,在所开发的新型液压马达样机上进行了实验研究.结果表明,该液压马达可以在不增加任何调速和换向部件的基础上,通过改变高速电磁开关阀控制信号占空比以及控制信号相序就能实现液压马达的调速与换向.

　　1 结构与工作机理

　　数字配流与调速式液压马达基于传统液压马达改造而成,其工作原理如图1所示.由图可见,液压马达主要由本体、10个两位二通高速电磁开关阀,电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU)以及与液压马达曲轴相连的绝对值角度编码器组成.其中,10个两位二通高速电磁开关阀每2个构成一组,在油路上分别与液压马达的5个柱塞腔(对应5个罗马数字)相通.

　　新型液压马达的具体工作过程如下:ECU依据与曲轴相连接的绝对值角度编码器所测出转角,给相应的高速电磁开关阀通电和断电,使液压马达的5个柱塞腔按特定规律通高压油或接回油,从而推动液压马达的曲轴旋转.在图中位置时,两位二通高速电磁开关阀1、3、5、8、10通电,其他阀断电,液压马达的柱塞腔I、II、III通高压油,柱塞腔直接与回油相通,在柱塞I、II、III的联合作用下,液压马达的曲轴逆时针方向旋转.其余配流状态可以同理推出,并且每36b切换一次.逆时针旋转的配流状态如表1所示.同理可推顺时针旋转的配流状态,如表2所示.