S51《车辆与行走机械的静液压驱动》| 了解多作用径向柱塞液压马达的构造之配流装置

【第五章】

静液压驱动功率

传输元件的典型构造

了解多作用径向柱塞液压马达的构造之配流装置

端面配流具备很好的效率优势。不过，端面配流盘对于柱塞缸体作用有较大的轴向力，需要采取专门的结构措施予以平衡。

此外，端面配流盘的密封带较窄，对于高压回路中油液介质的污染和低压回路中的气蚀比较敏感。

同样，早先应用广泛的轴配流方式也在近年遇到了挑战。

因为，由于液压设备、特别是静液压驱动装置的系统工作压力的提高，要求配流装置具有更小的配合间隙，对于可能引起“抱轴”事故的配合件之间的温差则更为敏感，加之多作用马达配流轴的内部流道加工更为困难。

这些缺点都明显影响了轴配流方式的应用。然而随着材料和制造技术的进步，轴配流仍会有自己的发展空间。

由于多作用马达的柱塞每一转要切换高低压腔许多次，所以内曲线马达采用的端面配流盘上的配流槽口也需要设置许多对，这种结构比单作用柱塞式液压泵和马达仅有一对新月形槽口的配流盘要复杂得多。

在图5-33所示的内曲线马达中，实际的配流盘是一个由直径逐级减小的几个带环槽的圆柱台阶构成的塔形圆盘（图5-37），大端面为配流镜面，制有交替分布的高低压配流槽口，相同压力腔的槽口经各自的流道分别汇集于不同圆柱台阶上的流道环槽中，各流道环槽之间和外缘设密封圈。

整个配流盘略带间隙地插装在马达后端盖的台阶孔内，各流道环槽分别与油口连通，而不同压力的腔体之间在由弹性密封圈分隔的同时，允许配流盘本体能够相对于马达后端盖略微浮动，以保证配流镜面的正确贴合。

图5-37 内曲线马达阶梯型的端面配流盘（Poclain）

端面上的配流窗口数为马达作用次数的2倍，阶梯和环槽数则取决于是否变量及小排量时非工作柱塞缸的卸载方式。左上方的定位槽用以保证配流盘在壳体内正确的安装方位。由于图示配流盘通用于须选择左右优先旋向的“非对称”型两级变量马达，所以设置了相位角度不同的两个定位槽

这样的配流盘通常用球墨铸铁制造，并使配流盘配流镜面的硬度略低于缸体配流镜面的硬度，以利于二者的滑配磨合及维修。

从内曲线马达缸体自身的结构上看，在它的两个端面对称地设置配流窗口也是可行的（图5-38），这样做具有能够平衡缸体上轴向力和降低配流通道流速的好处。但双侧配流会使壳体或主轴内的流道布置比较困难，会引起马达轴向和径向尺寸的增加。权衡利弊之后，大多数的内曲线马达都仅在缸体的一个端面设置配流装置，所以存在与轴向柱塞元件相类似的轴向力补偿及平衡的问题。此处由各个柱塞缸腔体内压力油产生的作用于缸体上的总的轴向推力的合力由马达轴与壳体之间的向心推力轴承所平衡，而配流盘和缸体配流端面之间适当的压紧力的保持则需要依靠对于配流盘结构的精心设计。

图5-38 一种双侧端面配流并具有空心输出轴的工业用内曲线马达，其外壳上部凸出的管道用以跨过缸体连接两侧的配流盘，并兼供设置外接油口之用（Flender）

图5-33所示内曲线马达中的端面配流盘8的左端设有一组小直径的螺旋弹簧6，为其维持一个图中向右的预紧力。

  图5-33 滚柱向柱塞直接传力的端面配流型内曲线车轮液压马达的典型构造（Poclain）

1-蝶形弹簧  2-压盘  3-驻车制动器控制油口  4-制动器壳体  5-制动盘组  6-配流盘预压弹簧组  7-主回路油口  8-配流盘  9-带固定安装法兰的配流装置壳体  10-内曲线凸轮环  11-柱塞导向片  12-缸体  13-驱动轴系壳体  14=轴承组  15-带车轮辐板安装法兰的驱动轴  16-外旋转密封元件  17-内旋转密封元件  18-柱塞密封环  19-滚轮挡盖  20-柱塞  21-滚柱  22-变量滑阀  23-变量控制油口

而由于流道环槽中的油液作用在塔形阶梯圆盘端面的压力的合力则构成运行中的压紧力。出于密封圈配置等原因，配流盘上两个主油道环槽需要具有不同的半径尺寸。

但作为在两个旋转方向应该具有相同性能的液压马达，又要求配流盘的压紧力状态不受流道内压力换向的影响，即需要用几何尺寸不相等、但合力作用面积相等的压力腔获得两个旋转方向时合力总量相同的压力场。

通过优化设计配流盘各个台阶端面的面积差，可以满足这个要求。

轴配流型内曲线马达（图5-39）的缸体上的配流窗口开在中心大孔的内壁，沿半径方向与个缸筒相通。

与缸体中心内孔精密配合的配流轴的圆柱表面上则制出两倍于凸轮环作用次数的配流槽，它们经过配流轴内设置的一对轴向汇流通道与马达油口连通。

作用次数较少（如3至5作用）的马达配流轴颈上的各配流槽可以直接用斜孔与相应的汇流通道连接，结构比较简单。

但对于作用次数较多，或需要用改变实时工作的柱塞数量的方式进行变量的马达，布置和加工这些分为两组交错连接进出油口压力腔的斜孔系统将很困难，常需要改用由多层同心管件叠套而成的结构复杂的组合式配流轴。

轴配流型内曲线马达的配流轴被缸体所包围，如果配流轴颈是圆柱形的，则缸体和配流轴之间没有因压力差引起的轴向力，径向力不大且部分会被配流面的油膜所支承，一般无须采取专门的平衡措施，甚至可以如同图5-39中的马达那样不再另设轴承。

但轴配流系统的一个先天性问题是前已述及的对于运行温度的变化比较敏感。

由于配流轴和包容着它的缸体的热膨胀系数难以做到完全相同，而元件所应达到的容积效率又要求它们两者之间的间隙足够小，

所以不仅在介质温度不同时的运转中配流副间隙会发生变化，而且更为严重的风险还在于低温环境下启动马达时，热容量较小的配流轴将被先行通入高于环境温度的液压油，

它将比稍后才接触到液压油的缸体膨胀得更快和更大，如果两者之间的原始间隙不够大或形位公差不够严格，缸体就可能抱死在配流轴上而使马达损坏。

但是两者之间的预留间隙过大了，又会使正常运转时的容积效率下降。当缸体和配流轴两者材料的热胀系数相差较大时，这一问题尤其严重。

在设计和使用这种马达时必须考虑到这一点，并为之优选配对材料和采取必要的补偿措施。

图5-39 国产QJM系列轴配流内曲线液压马达

1-传力钢球  2-缸体  3-凸轮环  4-配流轴  5-柱塞

记得这种使用钢球兼作为封油和传力滚动体的国产马达的原创者是上海煤矿机械科研院。轴配流装置的应用使它的结构可以简化到无需其他的轴承即可输出转矩的程度。这种制造成本和工作压力都不高的液压元件却能至今繁衍不衰，说明它是何等地适应中国的国情。其在行走机械静液压驱动装置中的应用可以举出的实例是本书3.8节中介绍的国产螺杆艇。

  径向内曲线马达

有哪些配流型式？