| 单词 | 低速大扭矩液压马达性能 |
| 释义 | 【低速大扭矩液压马达性能】 拼译：researches on performances of high torque low－speed hydraulic motor 低速大扭矩液压马达是将液压能转换为机械能的能量转换元件，具有低速稳定性好、输出扭矩大的特点和优越的控制性能。使用时，可以省去中间的减速器而直接与工作机构相连接，简化了机器的传动装置，具有布置灵活、紧凑、重量轻、调速性能好和过载保护容易的优点。因此，在国内外有着广泛的应用前景，尤其适用于工程机械、船舶机械、起重装卸机械、建筑机械、冶金工业设备和矿山机械等低速重载的传动装置。容积效率、机械效率和总效率随工作压力、转速和工作油温的变化关系，是反映任何一台液压马达性能好坏的主要外特性指标。但是，对于低速大扭矩液压马达，除了效率性能之外，由于主要用于低速重载的场合，故低速性能指标，如液压马达起动扭矩特性、低速稳定性和滑移性能等也是衡量1台液压马达的综合性能的重要指标，这些性能指标既与效率性能的高低密切相关，又有其特殊性。 20世纪60年代，英国卓别林(Chamberlain)公司开发了MK4型曲轴连杆径向柱塞式低速大扭矩液压马达，这是最早的单作用式低速大扭矩液压马达。通过对各主要摩擦副结构的改进，迅速发展了配流轴摩擦副和曲轴连杆摩擦副均采用静压平衡结构的B型，带变量装置的C型和带减速机构的GB型。英国罗斯通(Roston)公司生产的静力平衡式低速大扭矩液压马达则取消了连杆，并在各主要摩擦副之间实现了静力平衡。法国朴克兰(Pocalain)公司开发的朴克兰内曲线液压马达则为多作用式低速大扭矩液压马达的典型结构。国内，太原矿山机器厂率先对国外低速大扭矩液压马达样机进行测绘仿制，并且初步形成了JMD系列曲轴连杆径向柱塞式低速大扭矩液压马达。这个阶段主要集中于对低速大扭矩液压马达结构进行研究和开发。在性能表达方面，由于液压马达在起动和低速时的扭矩特性的表示方法和测定方法未确定，因此，仅标明液压马达的效率性能指标，而对其低速性能指标，如起动扭矩、最低稳定转速和滑移转速等未予以标明。然而，由于在产品样本等设计资料中，没有标明液压马达在起动时可以利用的扭矩值的大小，因此，在选用对起动扭矩有要求的液压马达时，几乎无法计算在液压马达的容量中应考虑的余量大小。从70年代初期开始，为了解决这种不便，进行了液压马达起动扭矩的测定研究工作。同时，ISO在制定关于液压马达起动扭矩的定义和测定方法的定标工作也活跃起来。1976年，日本市川常雄和日比昭在《液压马达起动扭矩的测试方法》一文中指出了影响液压马达起动的内部机理，认为由于液压马达内部运动零件之间必然存在微小的间隙，传力零件在受力之后还将产生弹性变形，因此，液压马达受压后，输出轴静止不动时的输出扭矩通常并不是起动扭矩。必须使输出轴沿液压马达运转方向转过一微小角度，克服可动零件之间的间隙和弹性变形，使液压马达的负载处于起动前的预拉紧状态，即在液压马达实际起动之前，输出轴上已经承受了全负载扭矩，可以认为这是液压马达起动的起始点，压力再稍有增加，液压马达的可动零件就克服静摩擦力而实现真正的起动。并由此提出了液压马达起动扭矩的定义及其测定方法的定标，即停止在有压状态下的液压马达的输出轴，只要产生一微小角度的转动，液压马达内部相对运动零件之间所产生的摩擦力就由静摩擦状态变为动摩擦状态，故随着输出轴的微小转动，输出扭矩逐渐减小，并趋于一定值，这就是起动扭矩。因此，液压马达在有压静止状态下，表现在输出轴上的扭矩，是在理论输出扭矩的上下较宽范围内取得的任意值，为了测量起动扭矩，必须将输出轴顺着液压马达旋转方向转动一个微小角度。以此定标为基础，对结构型式不同的3台液压马达的起动扭矩，分别用5种方法进行了测定，结果表明：不论采用哪种测量方法，均可得到相同的起动扭矩值。从而证明了该定标的正确性。1978年，日比昭等人利用涡轮机构的性能试验装置对低速大扭矩径向柱塞液压马达的起动扭矩特性进行了实验研究，指出：(1)在低速范围内，摩擦损失扭矩随着转速降低而增大，并且在1r／min以下的低速区急剧增大，但是在lr／min时仍然具有90%以上的扭矩效率，因此，低速大扭矩液压马达不能按1r／min试验来推断其起动特性；(2)在有压静止状态时，摩擦损失扭矩随着停止时间的增加而增大，甚至在停止时间达到400秒时还有增大的倾向；(3)在保持压力作用的停止时间内增大了的摩擦损失扭矩，起动后随转角增大而减少，再达到稳定状态时的输出轴转角约为80°，且与停止时间无关；(4)压力逐步增加，摩擦损失扭矩达到稳定状态时，输出轴转角随转速的减小而增大。在5r／min时，一加压，摩擦损失扭矩就迅速达到稳定状态，而在0．1r／min时，加压后摩擦损失扭矩达到稳定状态时，输出轴需转动约90°。液压马达在起动和低速运转时，由于某些原因，使得液压马达转速变得极不均匀，存在着走走停停的现象，这种现象称为液压马达的“爬行”现象。而液压马达产生“爬行”状态之前的转速则称为液压马达的最低稳定转速。鉴于液压马达通常在低速重载场合运行，因此，对液压马达低速稳定性进行了研究，主要分析其影响因素和对最低稳定转速进行定标。1972年，日本前田永一提出，采用转速脉动率δn=10%作为判断是否产生“爬行”的判断标准，但是，该标准将“脉动”和“爬行”两个概念混淆。1979年武汉水运工程学院冯应朴等人指出，所谓“爬行”就是液压马达在低速时，在液压马达系统衰减系数ζ＜1，且ω=ω=0的条件下，液压马达角速度ω成周期性变化的一种过渡状态。同时提出，液压马达的“爬行”边界是确定液压马达最低稳定转速的依据，液压马达临界爬行时的转速就是其最低稳定转速，而不能用转速脉动率来作为“爬行”的判定标准。1989年，武汉水运工程学院甄少华等人针对国内外亟待解决的液压马达最低稳定转速定标问题进行了研究，指出液压马达产生“爬行”的充要条件为：(1)液压马达系统的衰减系数ξ＜1；(2)静、动摩擦扭矩之差ΔT≠0；(3)输入流量Q＜最低稳定转速对应的流量QL。同时提出，采用最小爬行时间，即输入最小稳定流量QL时，系统从开始爬行到结束爬行的时间，作为对液压马达最低稳定转速定标的判据。指出，当液压马达的最小爬行时间达到0．025s时，液压马达的转速即为液压马达的最低稳定转速。1982年，前西德阿亨工业大学的P．Revert和W．Weiler提出，要得到很低的稳定转速，不仅要考虑液压马达本身的特性，而且要考虑整个系统和负载条件的影响，并指出了4个特别有影响的因素，即：(1)负载的类型及其连接方式；(2)工作负载的大小；(3)包括元件在内的整个系统的工况；(4)油液的粘性等。这表明，两位学者对于液压马达“爬行”与系统之间的联系予以高度的重视。1984～1986年，日本市川常雄等人对液压马达低速稳定性进行了一系列的理论和实验研究，指出液压马达在低速区域转速不稳的原因，可概括为：(1)理论工作容积和泄漏量随液压马达输出轴的转角位置而变化；(2)随着转速下降摩擦扭矩的增大呈负性阻抗；(3)惯性负载、负载扭矩；(4)控制阀与液压马达之间压缩体积的大小；(5)液压马达的控制方式。1989年，甄少华等人指出，由于液压马达系统低速域内摩擦扭矩非线性的存在，使得系统很容易产生振幅和频率都较大的极限环振荡，这是导致液压马达低速不稳，甚至产生“爬行”现象的主要原因之一。在液压马达系统其它参数不变时，增大惯量J、粘性阻尼系数Cd或泄漏系数Cs，或者减小压缩体积V、油液压缩率β或液压马达静动摩擦扭矩之比Ts／T。，均可达到改善液压马达低速稳定性的目的。同时指出，在考虑到实际工况时，为避免摩擦扭矩非线性对液压马达低速稳定性的影响，只有改变液压马达系统的压缩体积V和惯量J，对低速大扭矩液压马达才能找到适于实际工况的V、J值。从80年代末期以来，微型计算机技术以及数值计算技术在液压工业中的应用，而形成该领域今后的研究热点：(1)液压马达性能计算机辅助测试技术(CAT)；(2)对各种液压马达建立数学模型，分析影响其性能的因素，借以进行计算机辅助设计(CAD)；(3)进行各种低速大扭矩液压马达特有性能的研究，提出数学模型和试验研究方法，从而得到改善其性能的途径；(4)将相似原理应用于液压马达试验研究和结果分析，借以研究液压马达的系列化设计及其基本特性和换算。【参考文献】：1 前田永一．几种液压马达的效率和性能的比较，油压化设计，1972，82 日比昭，市川常雄．油压も－タの起动トヶの测定方法，日本机械学会论文集，42－356，2803／2809(1976)3 日比昭，等．低速大扭矩径向柱塞马达起致力和低速时的扭矩特性，油压と空气压，1978，9(1)4 冯应朴，等．油马达最低稳定转速试验标准和方法的探讨，武汉水运工程学院学报，19795 Revert P，Weiler W．The comparison of various test methods to determine the starting and low speed characteristics of hydraulic motor with regard to their practical use．Fluid Quarterly，V14，n3，Sep．19826 市川常雄，等．油压も－タの低速安定性タすゐ研究，日本机械学会论文集(B)，50～456，1861／1869(1984)，51～467，2114／2121(1985)，52～476，1657／1671(1986)7 甄少华，等．液压马达最低稳定转速判定，武汉水运工程学院学报，1989，28 Zhen Shaohua，et al．The effects of nonlinear character of frictional torque on the stability of hydraulic motor at low speed，Proceedings of international conference of Fluid Power Control and Robotics．Oct．1989，Chengdu(武汉水运工程学院甄少华教授撰) |
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