内曲线径向柱塞液压马达压力冲击问题探讨.doc

陈晓明Study of the Pressure Impact on Hydraulic Motor withInner Cured Radial PistonChen Xiao2ming(河北能源职业技术学院 ,河北 唐山 063004 )摘要 :该文分析了内曲线径向柱塞液压马达产生压力冲击的原因及其危害 ,对压力冲击值和由其产生的接触应力增量进行了计算分析 ,探讨了解决压力冲击问题的 3 种办法 。关键词 :内曲线液压马达 ;压力冲击 ;接触应力中图分类号 : TH13715文献标识码 :B文章编号 :100024858 (2004) 0720007202其压力冲击值可由下式求得1 :p = e -/ ( 1 - 2) 1/ 2 p1 = R / 2n内曲线径向柱塞液压马达以其输出转矩大 、低速稳定性好 、可直接驱动工作机构 , 简化传动系统等优 点 ,被广泛应用于矿山工程机械的传动系统中 。该液压马达的主要组成部分有 :转子缸体 、柱塞滚轮组 、多段曲面的定子导轨 、配流轴等 。其工作原理 是 :压力油通过配流轴的轴向孔 径向孔 配流轴配流窗口 工作段柱塞缸孔 ,压力油推动柱塞滚轮对导轨曲面产生法向压力 ,导轨则对柱塞滚轮产生大小相 等方向相反的法向反力 ,该法向反力可分解为沿柱塞轴线的径向力和垂直于柱塞轴线的切向力 ,切向力则 对马达转子轴产生转矩 ,驱动马达运转 。为防止困油现象发生 ,配流轴上的配流窗口与导 轨曲面的工作段 、非工作段有一一对应的位置关系并设有微调机构 ,可在马达外部进行相位微调 。同时在 配油轴配油窗口隔档对应的导轨曲面处设置零速区 , 使柱塞在该区域 (零速度幅角区域) 的径向移动速度为 零 。上述措施虽然解决了困油问题 ,但由于从非工作段 (回油区) 转过来的柱塞缸孔中残存的油液为低压油(其压力为回油背压) ,当其随转子转入导轨曲面的下 一个工作段 (进油区) 时突然与高压进油窗口接通 ,会 产生较高的压力突变 ( 由回油压力突增至进油高压) , 从而引起较大的压力冲击 ,连续运转会对定子导轨和 滚轮产生较大的交变冲击载荷 ,致使导轨和滚轮过早 产生疲劳点蚀 ,并伴随振动和噪声 。从实际使用情况 来看 ,工作段 (进油区) 和零速段交界处工作段起点部 位为点蚀高发区 ,分析其原因即是由于上述压力冲击R = 32/ d2rn = (d2 E/ 4LV ) 1/ 2r式中E 油液弹性模量V 缸孔内最大体积dr 柱塞缸体底部进回油窗口的直径L 柱塞缸体底部进回油窗口的长度油液的重度p 油液的密度下面以 NJM210W 内曲线马达为例 ,对其压力冲击值进行计算 ,NJM210W 内曲线马达主要技术参数为 : 排量 9198 L/ r ; 额定压力 15168 MPa ; 柱塞直径 d = 45 mm ;柱塞行程 28 mm ;柱塞进 、回油孔直径 dr = 12 mm ; 柱塞进 、回油孔长度 L = 30 mm ; 滚轮宽度 b = 23 mm ;滚轮直径 D = 90 mm 。R = 32/ d2- 3= 1819 10rn = (d21/ 24r E/ 4LV ) = 1125 10 = R / 2n = 0176 10 - 6p = e - n/ (1 - 2) 1/ 2 p1 = 016 MPa因压力冲击而引起的接触应力增量为 : 收稿日期 :2004202202作者简介 :陈晓明 ( 1948 ) ,男 ,河北省唐山市人 ,副教授 ,工液压系统发热原因及对策徐效增 ,杨晓峰Reasons and Measures for Hydraulic System HeatingXu Xiao2zeng , Yang Xiao2feng(青海第二机床制造有限责任公司 ,青海 西宁 810021)中图分类号 : TH137文献标识码 :B文章编号 :100024858 (2004) 07200092021液压系统发热造成的危害液压系统发热是困扰液压系统正常工作的重要问 题之一 ,温升不仅使液压系统泄漏增大 , 容积效率下 降 ,而且使控制元件的性能发生变化 ,比如 ,由于油温 上升引起油液黏度降低 ,导致溢流阀锥阀阻尼降低 ,使锥阀稳定性变坏 ,引起自激振荡噪声 ,溢流阀产生高频 啸叫 ,使溢流阀不能正常工作 ;温升还使油液及液压系 统中的橡胶密封 、软管等加快老化 ,影响其使用寿命 。 此外 ,温升会引起机械结构的热变形造成机械卡死和 破坏应有的精度 。各种机械设备对液压系统温升均有严格的规定 , 并有相关的国家标准或行业标准 ,比如机床行业的机 床液压系统应贯彻 JB/ T 10051 1999金属切削机床 液压系统通用技术条件之规定 ,液压系统温升不得超过 30 。2液压系统发热的原因应该讲 ,造成液压系统发热的原因比较复杂 ,涉及面广 ,其根本原因是液压系统功率损失大 ,液压系统设计不当是主要原因 。另外 ,液压系统中有相对运动元 件的机械摩擦所产生的热量 ,大部分被液压油带回油 箱 ,是油温升高的另一个原因 。3 解决液压系统发热的对策由于从液压系统设计上无法完全消除系统发热 , 再加上受地域 、季节变化的影响 ,所以要较好地控制液 压系统油温 ,必须同时从以下几个方面着手解决 。(1) 优化液压系统设计 。在选择回路及在组成系 统的整个设计过程中 ,应力求减少系统压力和体积损失 ,要注意选用高效率的液压元 、辅件 ,尤其在选择过 滤器时 ,流量和过滤精度选择不当会造成系统压差太 大产生热量使整个系统发热 ;正确选用液压油 ,合理选收稿日期 :2004201222作者简介 :徐效增 (1969 ) ,男 ,山东郓城县人 ,工程师 ,工 学学士 ,主要从事数控机床的开发设计工作 。K = a (N / bReq) 1/ 2N 法向压力增量 ,N = pA / co s =/ 4 4152) / co s20b 滚轮宽度 , b = 23 mm(1)(6向进油区过渡过程中产生少量回缩 ,对柱塞缸内的残存低压油产生预压缩 ,使其压力增加 ,从而可以减小因 柱塞缸内油液压力由回油压力突然增至进油高压而引起的压力冲击 。第二种方案是微调配流器的窗口 ,使 之在回油区未结束前回油窗口提前关闭 ,即造成人为 困油现象 ,其目的也是对柱塞缸内的残存低压油产生预压缩 ,使其压力增加 。第三种方案是在配流轴配流 器的配流窗口单侧开设三角沟槽 ,但采用上述方法的 马达 只 能 单 向 运 转 。只 适 于 工 作 机 构 单 向 运 转 的场合 。式中= 415Req 当量曲率半径 , Req = D/ 2a 系数 , 取钢对钢 : a = 600K = 187 MPa由以上计算可知 : 虽然压力冲击值仅为 016 MPa ,但由其产生的接触应力增量则高达 187 MPa , 而且此 接触应力增量的最大值仍发生在进油区加速段的起点 处 ,造成该区域导轨曲面的疲劳点蚀 ,因此该压力冲击 现象不容忽视 ,应采取必要的措施 ,减小或消除压力冲击 。从理论上分析 ,方案有 3 种 ,一种是对导轨曲线的 零速段进行修正 ,使柱塞滚轮在由回油区途经零速区参考文献 :1煤炭科学研究院上海研究所 . 液压传动设计手册 M 1 上海 :上海科学技术出版