CN102072079A - 基于数字配流的调速式液压马达 - Google Patents
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Abstract
一种液压马达技术领域的基于数字配流的调速式液压马达，包括：高速电磁开关阀、电子控制单元、角度编码器、编码器支架、弹性联轴器、柱塞腔端盖、马达端面盖板、角接触球轴承和配流连接轴，高速电磁开关阀以两个为一组共十个分别设置于五个柱塞端盖上，配流连接轴与角度编码器分别与弹性联轴器连接，角度编码器设置于编码器支架上并与马达端面盖板连接，马达端面盖板固定设置于液压马达本体，电子控制单元的输入端与角度编码器连接并接收角度信号，电子控制单元的输出端与高速电磁开关阀相连接并输出PWM信号。本发明集配流与调速功能一体，采用分布在柱塞腔端盖上的高速电磁开关阀来取代传统配流轴或配流盘，形成的数字式配流与调速。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种液压马达技术领域的装置，具体是一种基于数字配流的调速式液压马达。
背景技术
目前广泛使用的曲轴连杆式低速大扭矩液压马达的配流方式分为两种，径向轴配流和端面配流，实质上都属机械位置控制配流方式；并且，它们的结构都非常复杂，尺寸要求精度高，机械加工难度大，还不能实现液压马达的速度调节。
经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号CN2079226，公开日为1991年6月19日，该专利名称为：一种超高压阀式配流轴向柱塞泵。中国专利公开号CN2221111，公开日为1996年2月28日，该专利名称为：新型阀配流式高压轴向柱塞泵。这两个专利无法直接应用在曲轴连杆式低速大扭矩液压马达上，因为曲轴连杆式低速大扭矩液压马达是径向柱塞液压马达。中国专利公开号CN2361871，公开日为2000年2月2日，该专利名称为：阀配流滚轮柱塞泵，此柱塞泵以组合偏心轴代替常用的曲轴，以滚轮代替常用的连杆，不再是曲轴连杆式结构，该专利无法直接应用在曲轴连杆式低速大扭矩液压马达上。中国专利公开号CN1800634，公开日为2006年7月12日，该专利名称为：曲轴连杆式低速大扭矩液压马达电控阀配流机构。该专利提出了一种采用高速电磁开关阀配流机构的原理方案，使用的是两位三通阀，在位置检测上采用了十个电感式接近开关。采用两位三通阀的配流机构在没有附加刹车装置的情况下，并不能在液压马达运行过程中进行紧急停止，不利于液压马达的保护。此外，位置检测上采用电感式接近开关，那么曲轴的角度不能精确获取，给配流表的实现带来困难。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于数字配流的调速式液压马达，集配流与调速功能一体，采用分布在柱塞腔端盖上的高速电磁开关阀来取代传统配流轴或配流盘，形成的数字式配流与调速。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：高速电磁开关阀、电子控制单元、角度编码器、编码器支架、弹性联轴器、柱塞腔端盖、马达端面盖板、角接触球轴承和配流连接轴，其中：高速电磁开关阀以两个为一组共十个分别设置于五个柱塞端盖上，配流连接轴与角度编码器分别与弹性联轴器连接，角度编码器设置于编码器支架上并与马达端面盖板连接，马达端面盖板固定设置于液压马达本体，电子控制单元的输入端与角度编码器连接并接收角度信号，电子控制单元的输出端与高速电磁开关阀相连接并输出PWM信号。
所述的高速电磁开关阀为两位二通高速电磁开关阀，该两位二通高速电磁开关阀断电时常开，带电时导通。
每一组高速电磁开关阀控制一个对应的液压马达柱塞腔进回油，其中：第一和第二高速电磁开关阀分别控制第一柱塞腔，第三、第四高速电磁开关阀分别控制第二柱塞腔，第五、第六高速电磁开关阀分别控制第三柱塞腔，第七、第八高速电磁开关阀分别控制第四柱塞腔，第九、第十高速电磁开关阀分别控制第五柱塞腔，第一、第三、第五、第七和第九高速电磁开关阀控制对应柱塞腔进油，第二、第四、第六、第八和第十高速电磁开关阀控制对应柱塞腔回油。
所述的角度编码器为绝对值型角度编码器实现液压马达曲轴转角的检测，电子控制单元通过角度信号决定高速电磁开关阀的通断状态，实现有规律地控制液压马达各个柱塞腔的进油与回油。
所述的马达端面盖板通过主进出流道与供油系统的高压进油口和低压回油口分别连通。
本发明将柴油机共轨式电控燃油喷射系统的原理应用于曲轴连杆式低速大扭矩液压马达，集成电子控制技术、传感检测技术以及高速电磁开关阀技术来设计一种使用微控制器或者计算机实现的数字式配流与调速液压马达，从而使曲轴连杆式低速大扭矩液压马达由机械位置控制配流方式转变成高速电磁开关阀控制配流方式，从根本上克服机械位置控制配流方式机械效率和容积效率低的固有缺点，并提高液压马达的控制与调节特性。
本发明的有益效果是：此新型液压马达集微控制器技术、现代数字传感检测技术以及高速电磁开关阀控制技术于一身，使传统曲轴连杆式低速大扭矩液压马达由机械位置控制配流方式转变成数字式配流方式，简化了结构与加工工艺，并且，该配流机构具有极高的容积效率和机械效率，达到了节能目的，另外，通过控制高速电磁开关阀组的通电顺序和进行PWM控制，可以很容易实现液压马达的正反转和转速的调节，增大了液压马达的使用灵活性和应用范围。
附图说明
图1为本发明实施方案示意图；
图2为本发明柱塞腔端盖及端面盖板局部放大图；
其中：1-10高速电磁开关阀、11液压站、12电子控制单元、13控制线、14-18柱塞腔、19角度编码器、20编码器支架、21弹性联轴器、22马达端面盖板、23配流连接轴、24角接触球轴承、25柱塞腔端盖、26主进油口、27主回油口、28回油流道、29进油流道、30马达本体、31柱塞腔进油流道、32开关阀回油口、33开关阀进油口。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1和图2所示，本实施例包括：第一至第十高速电磁开关阀1-10、电子控制单元12、角度编码器19、编码器支架20、弹性联轴器21、马达端面盖板22、配流连接轴23、角接触球轴承24和柱塞腔端盖25，其中：第一至第十高速电磁开关阀1-10以两个为一组分别设置在5个柱塞腔端盖25上，配流连接轴23与角度编码器19通过弹性联轴器21连接，角度编码器19与编码器支架20连接，编码器支架20与马达端面盖板22连接，角接触球轴承24与编码器支架20、弹性联轴器21、配流连接轴23同轴设置在马达端面盖板22上，电子控制单元12与角度编码器19连接并且接受角度信号，电子控制单元12分别与第一至第十高速电磁开关阀1-10连接并输出PWM信号。
如图2a和图2b所示，所述的高速电磁开关阀1-10均为两位二通高速电磁开关阀，十个两位二通高速电磁开关阀两个为一组，设置在5个柱塞腔端盖上。每一组高速电磁开关阀控制一个对应的液压马达柱塞腔进回油，其中：第一和第二高速电磁开关阀1、2分别控制第一柱塞腔14I，第三、第四高速电磁开关阀3、4分别控制第二柱塞腔15II，第五、第六高速电磁开关阀5、6分别控制第三柱塞腔16III，第七、第八高速电磁开关阀7、8分别控制第四柱塞腔17IV，第九、第十高速电磁开关阀9、10分别控制第五柱塞腔18V，第一、第三、第五、第七和第九高速电磁开关阀1、3、5、7、9控制对应柱塞腔进油，第二、第四、第六、第八和第十高速电磁开关阀2、4、6、8、10控制对应柱塞腔回油。
所述的两位二通高速电磁开关阀在没有电信号时，阀口断开，有电信号时，阀口连通。所述的角度编码器为绝对值型角度编码器。
本装置通过以下方式进行工作：以18号柱塞腔为例，高压油从液压站出来后，进入马达端面盖板上的主进油口，然后到达与主进油口连通的环形腔内，然后通过进油流道到达高速电磁开关阀9的进油口，如果此时打开开关阀，那么油液进入相应的开关阀进油口，然后进入对应的柱塞腔内；反之，当18号柱塞腔回油处于回油区间时，油液通过高速开关阀10的回油口，进入回油流道，然后经过回油环形腔到达主回油口，最后流回油箱。
这种结构的马达与原传统马达相比，柱塞腔端盖尺寸加大了，用于安装高速电磁开关阀；马达本体上与柱塞腔连通的油路从1路变成两路；此外，由马达端面盖板上的环形槽连通主进油口和回油口。
如图1所示，规定上死点处于I号柱塞腔位置时，角度定为起始零度，逆时针方向角度增大，范围为0～360°。当液压马达曲轴逆时针方向旋转时，柱塞腔I、II、III通高压油(进油)，柱塞腔IV、V通低压油(回油)。所研究的液压马达属于单作用液压马达，马达旋转一周，五个柱塞各作一次往复运动。并且，每个柱塞腔往复的角度区间大小相同，均为180°，只是起始角度与终止角度不同。如果把柱塞腔进油的角度区间称为工作区间，那么可以得到液压马达逆时针旋转时，五个柱塞腔的工作区间表如表1所示。
表1逆时针旋转柱塞腔工作区间表
| 柱塞腔号 | 工作区间 |
| I | 0°～180° |
| II | 288°～360°，0°～108° |
| III | 216°～360°，0°～36° |
| IV | 144°～324° |
| V | 72°～252° |
从表1可以看出，对于柱塞腔II和III来说，表面上看，工作区间分成了两个。但是，由于所选的角度编码器是绝对值式的，360°与0°对应的是同一个位置。因此，II和III号柱塞腔的工作区间仍然是连续的180°。这与实际柱塞腔的往复运动过程是一致的。
同理，可以得到液压马达顺时针旋转时，五个柱塞腔的工作区间表，如表2所示。
表2顺时针旋转柱塞腔工作区间表
| 柱塞腔号 | 工作区间 |
| I | 180°～360° |
| II | 108°～288° |
| III | 36°～216° |
| IV | 0°～144°，324°～360° |
| V | 252°～360°，0°～72° |
由表2可以看出，每个柱塞腔的工作区间依然是180°，但是对应的角度起点与终点与表1不同。
本实施例根据表1、表2所得到的关系就可以保证高速电磁开关阀组的通电顺序正确，从而实现液压马达的正确配流。这样，液压马达的旋转方向可以通过配流顺序来方便地改变，不需要另外的换向元件或者改变液压马达进回油路；此外，通过调节高速电磁开关阀控制信号的占空比，可以改变进入液压马达柱塞腔的流量，进而改变液压马达的转速。
Claims (5)
1.一种基于数字配流的调速式液压马达，其特征在于，包括：高速电磁开关阀、电子控制单元、角度编码器、编码器支架、弹性联轴器、柱塞腔端盖、马达端面盖板、角接触球轴承和配流连接轴，其中：高速电磁开关阀以两个为一组共十个分别设置于五个柱塞端盖上，配流连接轴与角度编码器分别与弹性联轴器连接，角度编码器设置于编码器支架上并与马达端面盖板连接，马达端面盖板固定设置于液压马达本体，电子控制单元的输入端与角度编码器连接并接收角度信号，电子控制单元的输出端与高速电磁开关阀相连接并输出PWM信号。
2.根据权利要求1所述的基于数字配流的调速式液压马达，其特征是，所述的高速电磁开关阀为两位二通高速电磁开关阀，该两位二通高速电磁开关阀断电时常开，带电时导通。
3.根据权利要求1所述的基于数字配流的调速式液压马达，其特征是，每一组高速电磁开关阀控制一个对应的液压马达柱塞腔进回油，其中：第一和第二高速电磁开关阀分别控制第一柱塞腔，第三、第四高速电磁开关阀分别控制第二柱塞腔，第五、第六高速电磁开关阀分别控制第三柱塞腔，第七、第八高速电磁开关阀分别控制第四柱塞腔，第九、第十高速电磁开关阀分别控制第五柱塞腔，第一、第三、第五、第七和第九高速电磁开关阀控制对应柱塞腔进油，第二、第四、第六、第八和第十高速电磁开关阀控制对应柱塞腔回油。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于数字配流的调速式液压马达，其特征是，所述的角度编码器为绝对值型角度编码器实现液压马达曲轴转角的检测，电子控制单元通过角度信号决定高速电磁开关阀的通断状态，实现有规律地控制液压马达各个柱塞腔的进油与回油。
5.根据权利要求1所述的基于数字配流的调速式液压马达，其特征是，所述的马达端面盖板通过主进出流道与供油系统的高压进油口和低压回油口分别连通。
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