一种静力平衡式高水基液压马达及工作方法

1.本发明涉及一种静力平衡式高水基液压马达及工作方法，属于高压高水基液压马达领域。


背景技术：

2.低速大扭矩液压马达输出扭矩大，转速低、可直接驱动负载工作，配流机构是液压马达高效、可靠、稳定连续工作的关键，而现有高水基液压马达所采用的配流结构难以适用高水基介质。目前高水基液压马达的配流方式原理上沿用传统油马达配流方式：轴配流和端面配流，轴配流马达中，高水基介质难以在摩擦副间形成有效润滑膜，摩擦副易磨损，配流轴产生磨损后，不能实现径向补偿，导致配合间隙过大而产生泄漏；端面配流依靠配流盘将高低压腔隔开，配流盘处于面摩擦状态，高水基介质工况下，配流盘和旋转缸体间难以形成密封水膜，磨损严重，导致系统效率低。而阀配流相比于端面配流其优点在于减少了一对摩擦副，抗污染能力强而且密封效果好，在高压的工况下也能保证高容积效率。因此本发明提出了一种新的五星轮阀配流机构，可实现高水基马达的长时间稳定运行。


技术实现要素：

3.发明目的：针对上述技术的不足，提出一种静力平衡式高水基液压马达及工作方法，结构简单，故障率低，使用寿命长。
4.为实现上述技术目的，本发明的用于高水基液压马达，包括马达外壳，马达外壳中设有曲轴，曲轴中间部分为偏心端，曲轴的偏心端上通过轴承滚子b设有五星轮，所述的五星轮的外缘为正五边形结构，五星轮的五条边上在马达外壳中分别设有柱塞腔，每个柱塞腔内分别设有一组弹簧柱塞，弹簧柱塞被压紧在五星轮上，曲轴偏心端左右安装有圆锥滚子轴承，五星轮与两侧圆锥滚子轴承之间分别设有轴承挡圈c，圆锥滚子轴承的内圈套在曲轴上，并由轴承挡圈a固定限位，圆锥滚子轴承的外圈通过轴承挡圈a固定在马达外壳上并进行限位；
5.曲轴位于两个圆锥滚子轴承的前后两侧分别设有回液配流机构和进液配流机构，曲轴前端伸出马达外壳、后端被封闭在马达外壳内；
6.进液配流机构包括设置在曲轴后端，通过传力用的平键a与曲轴连接的进液端偏心轮，沿进液端偏心轮外圆通过进液端轴承滚子安装有进液端配流五星轮，进液端配流五星轮的外缘为五边形结构，每边上在马达外壳上均对应设有配流阀安装腔室，每个配流阀安装腔室内安装有一组进液端配流阀；
7.回液配流机构包括设置在曲轴前端，通过传力用的平键b安装有回液端偏心轮，回液端偏心轮外侧通过回液端轴承滚子安装有回液端配流五星轮，回液端配流五星轮的五条边在马达外壳上均对应设有配流阀安装腔室，每个配流阀安装腔室内安装有一组回液端配流阀；
8.所述进液端配流阀与回液端配流阀结构相同，均包含量上下两个互相之间可以沟
通或封闭的腔体，马达外壳中每个柱塞腔均分别设有流道分别与进液端配流阀的下腔体以及回液端配流阀的上腔体连接，进液端配流阀的上腔体在马达外壳中开有与泵出口连接的流道，回液端配流阀的下腔体在马达外壳中开有与油箱连接的流道；
9.其中五组弹簧柱塞的位置分别与五组进液端配流阀、回液端配流阀位置对应且匹配；当一组进液端配流阀连接的沿进液端偏心轮位于最高位时，曲轴中的偏心端与该进液端配流阀的沿进液端偏心轮同步位于最高位置，而对应的回液端配流阀连接的回液端偏心轮则处于最低位置，进液端偏心轮与回液端偏心轮之间差180
°
。
10.进一步，马达外壳包括前后两侧平行设置的壳体前端盖以及包括匹配的壳体后端盖，壳体前端盖与壳体后端盖之间设有壳体，弹簧柱塞进液端配流阀与回液端配流阀均设置在壳体中。
11.进一步，弹簧柱塞包括柱塞套和与之相匹配的弹簧导向，弹簧导向顶部在壳体上设置并压住弹簧导向的柱塞端盖，弹簧导向与柱塞套之间设有回程弹簧，弹簧导向通过回程弹簧将柱塞套底部)压紧在五星轮上，同时弹簧导向同样被回程弹簧压紧在柱塞端盖内，且回程弹簧的压缩行程保证当五星轮随着曲轴旋转始终保持柱塞套在柱塞腔的安装位置中上下移动，柱塞套底部通过柱塞端盖安装有相互挤压的弹簧导向和回程弹簧，柱塞套被回程弹簧压紧在五星轮上，五星轮在曲轴上旋转时依次挤压、松开柱塞套内的回程弹簧，从而使柱塞套上下移动，在开闭进液端配流阀与回液端配流阀实现流道的状态下切换。
12.进一步，进液端配流阀和回液端配流阀结构相同，均包括内部设有通孔的阀套，阀座顶部通过螺纹连接有在插装阀体，阀套底部通过螺纹连接有密封螺堵，阀套内通孔中间部分设有阀座，阀座将阀套内空间分为上腔和下腔；上腔和下腔的两侧分别设有通孔；上腔中设有与阀座匹配的阀芯，阀芯与插装阀体之间设有复位弹簧a；密封螺堵和阀座中间设有导向孔，下腔中设有穿过密封螺堵和阀座开孔的平动顶杆，平动顶杆底部设置在进液端配流五星轮或者回液端配流五星轮上，平动顶杆底部设有抵住密封螺堵的复位弹簧b，平动顶杆根据连接的进液端偏心轮或回液端偏心轮的转动从而实现顶起或者在复位弹簧b的作用下下降，当升起时上下腔体导通，当下降后上下两个腔体封闭。
13.进一步，平动顶杆为变径结构，平动顶杆的上半部分穿过下阀座固定螺堵与阀座为细杆部分，细杆部分与下空腔内壁之间留有间隙，平动顶杆的下半部分为在密封螺堵内的部分，下半部分为完全充满密封螺堵开孔的粗杆部分。
14.进一步，进液端偏心轮与回液端偏心轮相差180
°
相位安装，从而使进液配流阀打开时，回液配流阀关闭，乳化液通过进液配流阀上腔进入下腔，并通过马达壳体的流道进入柱塞腔，产生压力推动柱塞套沿着偏心轮中心产生径向力，偏心距为力臂，产生扭矩；进液配流阀关闭时，回液配流阀打开，乳化液通过柱塞腔进入回液配流阀上腔，并进入下腔，回到油箱，实现马达的进排液过程。
15.一种静力平衡式高水基液压马达的工作方法，其步骤为：
16.通过流道向进液端配流五星轮上的五组进液端配流阀的上腔注入高压基液，此时由于进液端偏心轮的结构，部分进液端配流阀的平行顶杆顶起阀芯从而使上下腔导通的开启状态，部分进液端配流阀的平行顶杆处于低位，阀芯封闭上下腔，处于关闭状态；
17.高压基液通过开启状态的进液端配流阀流向对应的弹簧柱塞，弹簧柱塞在高压基液的作用下处于进油过程并产生扭矩，通过五星轮推动曲轴转动，并驱动进液端偏心轮和
回液端偏心轮产生偏心距并跟随转动，使对应开启进液端配流阀的回液端配流阀中的平行顶杆顶住阀芯从低位上升，从关闭状态向开启状态转变，开启的进液端配流阀转而向关闭状态转变；
18.当一组进液端配流阀完成关闭同时对应位置的回液端配流阀完成开启，回液端配流阀将流道中的高压基液排入油箱，完成一次弹簧柱塞的做功；
19.五组弹簧柱塞依次在高压基液的推动下使曲轴持续运转，从而使对应的五组进液端配流阀和回液端配流阀依次顺序转换开闭状态，使马达实现持续的工作。
20.进一步，马达工作时需保证总有三组相邻的进液端配流阀处于开启状态，两组相邻的进液端配流阀处于关闭状态。
21.有益效果：本发明结构简单，配流机构中的配流阀采用插装式结构设计，对于静力平衡式、曲轴连杆和曲轴摆缸液压马达，能够将配流梭阀安装在马达外部，易于观察配流阀故障，且方便更换，通用性高。将普通阀配流的顶杆自旋问题卡斯问题解决，从而减少故障率，提高马达寿命；部分进液阀开启，相对应的回液阀关闭，柱塞进液产生扭矩后，曲轴旋转，带动偏心轮转动，在轴承滚子的作用下，将曲轴转动转化为五星轮的平动，推动配流阀顶杆上下运动，实现进回液配流阀启闭，从而实现配流；配流机构用于高水基液压马达，其密封性好，容积效率高；结构紧凑，可提高马达功重比；五星轮配流代替曲轴配流，将曲轴转动转化为五星轮的平动，推动平动顶杆，减少了顶杆带来的的液压冲击，减少摩擦距离，解决顶杆自旋卡死问题。
附图说明
22.图1为本发明的静力平衡式高水基液压马达配流液压原理图示意图；
23.图2为本发明的静力平衡式高水基液压马达结构示意图；
24.图3为本发明的五星轮式配流结构示意图；
25.图4.为本发明的五星轮和平动顶杆位置结构示意图。
26.图中：1-弹簧导向，2-柱塞，3-柱塞端盖，4-回程弹簧，5-壳体，6-进液端配流阀，7-壳体后端盖，8-进液端配流五星轮，9-进液端轴承滚子，10-进液端偏心轮，11-平键a，12-曲轴，13-轴承挡圈a，14-轴承挡圈b，15-圆锥滚子轴承，16-轴承滚子b，17-五星轮，18-轴承挡圈c，19-回液端配流五星轮，20-回液端偏心轮，21-平键b，22-回液端轴承滚子，23-回液端配流阀，24-壳体前端盖；
27.601-插装阀体，602-阀芯，603-复位弹簧a，604-阀座，605-阀套，606-平动顶杆，607-密封螺堵，608-复位弹簧b。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明：
29.如图1所示，本发明公开一种静力平衡式高水基液压马达，其特征在于：包括马达外壳，马达外壳中设有曲轴12，曲轴12中间部分为偏心端，曲轴12的偏心端上通过轴承滚子b16设有五星轮17，所述的五星轮17的外缘为正五边形结构，五星轮17的五条边上在马达外壳中分别设有柱塞腔，每个柱塞腔内分别设有一组弹簧柱塞，弹簧柱塞被压紧在五星轮17上，曲轴12偏心端左右安装有圆锥滚子轴承15，五星轮17与两侧圆锥滚子轴承15之间分别
设有轴承挡圈c18，圆锥滚子轴承15的内圈套在曲轴12上，并由轴承挡圈a13固定限位，圆锥滚子轴承15的外圈通过轴承挡圈a14固定在马达外壳上并进行限位；
30.曲轴12位于两个圆锥滚子轴承15的前后两侧分别设有回液配流机构和进液配流机构，曲轴12前端伸出马达外壳、后端被封闭在马达外壳内；
31.进液配流机构包括设置在曲轴12后端，通过传力用的平键a11与曲轴12连接的进液端偏心轮10，沿进液端偏心轮10外圆通过进液端轴承滚子9安装有进液端配流五星轮8，进液端配流五星轮8的外缘为五边形结构，每边上在马达外壳上均对应设有配流阀安装腔室，每个配流阀安装腔室内安装有一组进液端配流阀6；
32.回液配流机构包括设置在曲轴12前端，通过传力用的平键b21安装有回液端偏心轮20，回液端偏心轮20外侧通过回液端轴承滚子22安装有回液端配流五星轮19，回液端配流五星轮19的五条边在马达外壳上均对应设有配流阀安装腔室，每个配流阀安装腔室内安装有一组回液端配流阀23；
33.所述进液端配流阀6与回液端配流阀23结构相同，均包含量上下两个互相之间可以沟通或封闭的腔体，马达外壳中每个柱塞腔均分别设有流道分别与进液端配流阀6的下腔体以及回液端配流阀23的上腔体连接，进液端配流阀6的上腔体在马达外壳中开有与泵出口连接的流道，回液端配流阀23的下腔体在马达外壳中开有与油箱连接的流道；
34.其中五组弹簧柱塞的位置分别与五组进液端配流阀6、回液端配流阀23位置对应且匹配；当一组进液端配流阀6连接的沿进液端偏心轮10位于最高位时，曲轴12中的偏心端与该进液端配流阀6的沿进液端偏心轮10同步位于最高位置，而对应的回液端配流阀23连接的回液端偏心轮20则处于最低位置，进液端偏心轮10与回液端偏心轮20之间差180
°
。
35.马达外壳包括前后两侧平行设置的壳体前端盖24以及包括匹配的壳体后端盖7，壳体前端盖24与壳体后端盖7之间设有壳体5，弹簧柱塞进液端配流阀6与回液端配流阀23均设置在壳体5中。
36.弹簧柱塞包括柱塞套2和与之相匹配的弹簧导向1，弹簧导向1顶部在壳体5上设置并压住弹簧导向1的柱塞端盖3，弹簧导向1与柱塞套2之间设有回程弹簧4，弹簧导向1通过回程弹簧4将柱塞套2底部压紧在五星轮17上，同时弹簧导向1同样被回程弹簧4压紧在柱塞端盖3内，且回程弹簧4的压缩行程保证当五星轮17随着曲轴12旋转始终保持柱塞套2在柱塞腔的安装位置中上下移动，柱塞套2底部通过柱塞端盖3安装有相互挤压的弹簧导向1和回程弹簧4，柱塞套2被回程弹簧4压紧在五星轮17上，五星轮17在曲轴12上旋转时依次挤压、松开柱塞套2内的回程弹簧4，从而使柱塞套2上下移动，在开闭进液端配流阀6与回液端配流阀23实现流道的状态下切换。
37.进液端配流阀6和回液端配流阀23结构相同，均包括内部设有通孔的阀套605，阀座604顶部通过螺纹连接有在插装阀体601，阀套605底部通过螺纹连接有密封螺堵607，阀套605内通孔中间部分设有阀座604，阀座604将阀套605内空间分为上腔和下腔；上腔和下腔的两侧分别设有通孔；上腔中设有与阀座604匹配的阀芯602，阀芯602与插装阀体601之间设有复位弹簧a603；密封螺堵607和阀座604中间设有导向孔，下腔中设有穿过密封螺堵607和阀座604开孔的平动顶杆606，平动顶杆606底部设置在进液端配流五星轮8或者回液端配流五星轮19上，平动顶杆606底部设有抵住密封螺堵607的复位弹簧b608，平动顶杆606根据连接的进液端偏心轮10或回液端偏心轮20的转动从而实现顶起或者在复位弹簧b608
的作用下下降，当升起时上下腔体导通，当下降后上下两个腔体封闭。
38.平动顶杆606为变径结构，平动顶杆606的上半部分穿过下阀座固定螺堵与阀座为细杆部分，细杆部分与下空腔内壁之间留有间隙，平动顶杆的下半部分为在密封螺堵内的部分，下半部分为完全充满密封螺堵开孔的粗杆部分。
39.进液端偏心轮10与回液端偏心轮20相差180
°
相位安装，从而使进液配流阀6打开时，回液配流阀23关闭，乳化液通过进液配流阀6上腔进入下腔，并通过马达壳体的流道进入柱塞腔，产生压力推动柱塞套2沿着偏心轮中心产生径向力，偏心距为力臂，产生扭矩，产生扭矩；进液配流阀6关闭时，回液配流阀23打开，乳化液通过柱塞腔进入回液配流阀23上腔，并进入下腔，回到油箱，实现马达的进排液过程。
40.一种权利要求1所述静力平衡式高水基液压马达的工作方法，其步骤为：
41.通过流道向进液端配流五星轮8上的五组进液端配流阀6的上腔注入高压基液，此时由于进液端偏心轮10的结构，部分进液端配流阀6的平行顶杆606顶起阀芯602从而使上下腔导通的开启状态，部分进液端配流阀6的平行顶杆606处于低位，阀芯602封闭上下腔，处于关闭状态；
42.高压基液通过开启状态的进液端配流阀6流向对应的弹簧柱塞，弹簧柱塞在高压基液的作用下处于进油过程并产生扭矩，通过五星轮17推动曲轴12转动，并驱动进液端偏心轮10和回液端偏心轮20产生偏心距并跟随转动，使对应开启进液端配流阀6的回液端配流阀23中的平行顶杆606顶住阀芯602从低位上升，从关闭状态向开启状态转变，开启的进液端配流阀6转而向关闭状态转变；
43.当一组进液端配流阀6完成关闭同时对应位置的回液端配流阀23完成开启，回液端配流阀23将流道中的高压基液排入油箱，完成一次弹簧柱塞的做功；
44.五组弹簧柱塞依次在高压基液的推动下使曲轴12持续运转，从而使对应的五组进液端配流阀6和回液端配流阀23依次顺序转换开闭状态，使马达实现持续的工作。
45.是静力平衡式高水基液压马达，采用五星轮阀配流的形式作为马达的配流结构，包括匹配的壳体后端盖7和壳体前端盖24，后端盖7和前端盖24之间装有壳体5，壳体中间开设有柱塞腔，腔内设有柱塞套2、回程弹簧4、弹簧导向1，柱塞端盖3通过弹簧导向1压紧柱塞套2，将柱塞套2压紧在五星轮17上，五星轮17通过轴承滚子b16安装在曲轴12上，五星轮17两端安装有轴承挡圈c18，曲轴12偏心端左右安装有圆锥滚子轴承15，圆锥滚子轴承15的内圈套在曲轴12上，并由轴承挡圈a13固定限位，圆锥滚子轴承的外圈由轴承挡圈a14固定限位，并连接在壳体5上。曲轴12的前后端分别连接回液配流机构和进液配流机构，曲轴12后端外侧位置设有传力用的平键a11，进液端偏心轮10通过平键a11与曲轴12连接，实现旋转动作，沿进液端偏心轮10外圆安装有进液端轴承滚子9，进液端配流五星轮8套在轴承滚子9上，将旋转动作转变成滑动动作，进液配流阀6的平动顶杆606被弹簧压紧在进液端配流五星轮上，进液配流阀6的平动顶杆606实现上下运动，进液配流阀6的上流道连接泵出口，下流道连接柱塞腔；相类似的，曲轴12前端外侧位置设有传力用的平键b21，回液端偏心轮20通过平键b21与曲轴12连接，实现旋转动作，沿回液端偏心轮20外圆安装有回液端轴承滚子22，回液端配流五星轮19套在轴承滚子22上，将旋转动作转变成滑动动作，回液配流阀23平动顶杆实现上下运动，回液配流阀23插装在马达壳体中，回液配流阀23的上流道连接柱塞腔，下流道连接泵出口。进液端偏心轮10与回液端偏心轮20相差180
°
相位安装，进液配流阀
6打开时，回液配流阀23关闭，乳化液通过进液配流阀6上腔进入下腔，并进入柱塞腔，产生压力推动柱塞套2，产生扭矩；进液配流阀6关闭时，回液配流阀23打开，乳化液通过柱塞腔进入回液配流阀23上腔，并进入下腔，回到油箱；从而实现配流，实现马达的进排液过程。
46.如图2和图4所示，将配流阀设计安装在马达外壳体上，配流阀平动顶杆被弹簧压紧在配流五星轮上，进液配流阀1、进液配流阀2、进液配流阀3关闭，进液配流阀4、进液配流阀5打开，高水基液体进入配流阀，之后进入柱塞腔4，柱塞腔5，柱塞4，柱塞5进液产生扭矩，使得柱塞底部与五星轮相接触，从而推动马达曲轴旋转做功；回液配流阀1、回液配流阀2、回液配流阀3打开回液，进液配流阀4、进液配流阀5关闭，柱塞1、柱塞套2、柱塞3在曲轴作用下排油，如此循环，依次由2个或3个柱塞工作，其他柱塞排油。
47.如图3所示，进液端配流阀6通过插装形式安装在马达壳体外部，进液端配流阀6上腔连接泵出口，进液端配流阀6上腔连接柱塞腔，阀座604上通过螺纹连接在插装阀体601上，复位弹簧a603安装在阀芯602内孔内部，复位弹簧a603压缩把阀芯602压紧在阀座604上，插装阀体601通过螺纹连接与阀套605连接，密封螺堵607与阀套605通过螺纹连接，密封螺堵607底部开设有导向孔，平动顶杆606为变径结构，平动顶杆606的上半部分穿过下阀座固定螺堵与阀座为细杆部分，细杆部分与下空腔内壁之间留有间隙，平动顶杆的下半部分为在密封螺堵内的部分，下半部分为完全充满密封螺堵开孔的粗杆部分，通过复位弹簧b608将平动顶杆606压紧在进液端配流五星轮8上。五星轮配流机构包括进液端配流五星轮8，进液端轴承滚子9，进液端偏心轮10，平键a11。进液端偏心轮10通过平键a11与曲轴连接，实现传力和旋转动作，沿进液端偏心轮外圆安装有进液端轴承滚子9，进液端配流五星轮8套在轴承滚子上。