[其他]静力平衡及能量回收型油马达

说明书

本发明是关于单作用液压马达的发明。曲轴连杆式径向油马达（以下简称连杆式油马达）和静力平衡径向油马达（以下简称静力平衡油马达）是两种常用的单作用油马达。静力平衡油马达工作时其柱塞、压力环和五星轮基本上实现了静力平衡，它们之间的作用力很小，这些另件只起构成密封通道的作用，使油马达产生转矩的液体推力直接作用在曲轴偏心轮上，因此曲轴、五星轮、压力环以及柱塞之间的摩擦、磨损和功率损失很小;这种油马达的曲轴既是动力输出轴，又是配流轴，使配流方式简单。但是这种油马达工作时，柱塞受到的侧向力较大，这不但增大了它和缸体之间的摩擦、磨损和功率损失，同时还使柱塞行程与直径比取得较小;由于缸体内的大弹簧经常大幅度伸缩，所以容易产生疲劳破坏;油马达封油制动时压力环容易啃伤柱塞底面产生“喷油”现象。连杆式油马达工作时活塞受到的侧向力很小，因此可以取较大的柱塞行程与直径比;同时因为没有压力环和大幅度伸缩的弹簧，所以工作可靠。但是这种油马达配流方式复杂，需要专门的配流转阀配流;同时壳体内有弯曲的铸造油道，使壳体的铸造工艺复杂化;因为连杆与曲轴偏心轮之间摩擦速度很高，因此连杆底面往往需要浇铸一层很薄的轴承合金，使连杆的制造工艺复杂化。

另外，这两种油马达都没有回收储存在高压油和缸体等构件内的弹性能。无论是连杆式油马达，还是静力平衡油马达，当其某个油缸的活塞刚刚作功完毕而封油时，油缸内封闭着一腔高压油。高压油内储存着一定量的弹性能。同时缸体等构件在高压油的作用下也产生了弹性变形，因此也储存有弹性能。这时油马达在其它油缸活塞的作用下还要继续旋转，而继续旋转的结果就把上述那一腔高压油与低压腔接通了。这样储存在高压油和缸体等构件内的弹性能就会骤然释放，并引起冲击、振动和噪音。连杆式油马达和静力平衡油马达通常是用在封油面上开小槽或缝隙的办法来减小这种冲击振动和噪音，但是那部分能量全部浪费了，并引起油液发热。

本发明的目的是为了用连杆式油马达的优点来克服静力平衡油马达的上述缺点，用静力平衡油马达的优点来克服连杆式油马达的上述缺点，同时回收储存在高压油和缸体等构件中的弹性能，使之克服负载作功，从而制造出一种新型的单作用液压马达。

本发明以连杆式油马达为基础，取消了连杆式油马达的配流转阀和壳体内部的铸造油道，保留了活塞连杆机构，但是在活塞和连杆内部加工出主油道，在连杆的底面上加工出与主油道相通的静力平衡油室，取消了连杆底面上浇铸的轴承合金。本发明采用了静力平衡油马达的油路走向和配流方式，但是取消了缸体内的大弹簧和压力环等，并把五星轮改变成配流套。装配后依靠连杆挡圈使连杆底面与配流套外园柱面经常结合。工作时连杆底面贴合在配流套外园柱面上并可在其上往复滑动，但是配流套上的每个配流窗口始终和同一个连杆底部的静力平衡油室相通。配流套套在曲轴偏心轮上。为了使配流套能象五星轮那样作平面平行运动，增加了配流套的限位机构。为了回收压力油和缸体等构件内的弹性能，进一步提高油马达的效率、寿命和工作质量，本发明在配流机构（例如曲轮偏心轮即配流油）上作出了四个单向阀。

在这种油马达中，首先对活塞连杆整体基本上实现了静力平衡，这种静力平衡区别于原连杆式油马达的静压支承，因为油马达工作时连杆相对于活塞的摆动角度很小。因此在初略分析时可以把它们看成一个整体，同时也只有把它们看成一个整体，活塞和连杆之间的作用力才能暂时被视为内力，在这个整体机构上受到了如下的作用力：缸体内的油液对活塞的推力;连杆底部的油液对连杆的推力;缸壁对活塞的支承力和摩擦力;配流套对连杆的剩余压紧力和摩擦力以及机构运动的惯性力。这些力的计算和取舍是按常法进行的。但是设计时必须保证连杆底面和配流套之间的剩余压紧力永远为一个较小的正值。

这种油马达的连杆仍可以用渗碳钢制造，要求鞍形底面处渗碳淬火、渗碳深度和淬火硬度与连杆球头处相同，其它要求同原连杆式油马达。

这类油马达工作时，连杆球头与活塞球面之间的接触比压很大，这样势必影响了油马达的使用寿命，并限制了其工作压力。本方案一方面增大球面直径，另一方面合理选择活塞材料，提高活塞材料的许用比压。与其同时合理布置活塞球面上的窄浅油槽，增强压力油对球铰副的支承与润滑。

配流套的静力平衡与五星轮是相仿的。在配流套的外表面上受到了连杆底部的油液对配油套的推力以及连杆对配流套的剩余压紧力和摩擦力。在配流套的内表面上受到了曲轴和配流套之间的油液的推力以及曲轴对配流套的剩余压紧力和摩擦力。另外配流套还受到运动的惯性力。这些力的计算和取舍是按常法进行的。设计时一般可使曲轴对配流套在高压腔的剩余压紧力稍大于零。