吸排油独立调节的旋转缸筒柱塞液压马达及变扭矩方法 技术领域 本发明涉及液压马达及其控制方法， 更具体的说， 本发明涉及一种吸排油独立调 节的机液先导开关变扭矩旋转缸筒柱塞液压马达及变扭矩方法。
背景技术 柱塞液压马达是依靠压力油作用在柱塞上从而使马达输出轴活的一定转矩的， 为 了使柱塞能够交替与压力油口及回油口相通， 必须采用配流装置， 目前柱塞液压马达多采 用端面配流， 端面配流中所采用的主要器件就是配油盘。 配油盘类似一个板式阀， 由带两个 弧形 (“腰形” ) 窗口的平面贴合在开有配流孔的缸体端面， 使得缸体和配油盘在垂直于马 达轴的面上相对旋转， 配油盘上的窗口和缸体端面开孔的相对位置按一定规律安排， 以使 处在供油或排油行程中的柱塞能交替与马达体上的供、 排油口相通， 并保证各油腔之间的 隔离和密封。 由于配油盘上两个弧形窗口的开角、 位置均不能实时改变， 因而液压马达无法 通过配油机构实现变量 ( 对输出扭矩和排量的连续调节 )。 到目前为止， 市场上现有的变量 液压马达， 都只能通过实时调节液压马达另一侧的斜盘倾斜角度实现变量。而这种传统的 通过调节斜盘倾斜角度的变量方式存在两个弱点 ：
1. 液压马达中各柱塞产生的液压力， 在驱动液压马达旋转的同时， 其作用在斜盘 上的力还会产生一个与斜盘倾斜角度控制方向一致的扭矩， 且该扭矩随着液压马达转角的 改变而变化， 尽管有多个柱塞， 但仍然无法完全在内部互相抵消， 这部分波动的扭矩最终都 加在了控制斜盘倾斜角度的变量机构上。变量机构为了克服该波动的扭矩， 需要有相当大 的面积来驱动， 严重限制了液压马达的响应速度。
2. 液压马达切换为泵工况的临界点是排量为零的点。因此， 为了切换为泵工况 以回收减速、 制动过程的能量， 液压马达的排量调节机构必须过零点， 不仅变量机构的行程 大， 响应速度慢， 而且还很容易导致在零点附近的不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足， 提供一种吸排油独立调节的机液先导 开关变扭矩旋转缸筒柱塞液压马达， 本发明更进一步的目的在于提供该液压马达的开关变 扭矩方法。
为解决以上问题， 本发明是通过如下技术方案实现 ：
本发明提供了一种吸排油独立调节的机液先导开关变扭矩旋转缸筒柱塞液压马 达， 包括扭矩输出机构、 定量斜盘、 柱塞缸筒、 柱塞和柱塞腔， 还包括配油阀组、 配油盘组和 吸排油独立调节的变扭矩驱动机构 ；
所述的配油阀组由与柱塞个数相同的高速开关高压供油阀、 高速开关排油 - 补油 阀， 高压供油先导阀， 排油 - 补油先导阀和公共的配油阀体构成， 每个柱塞及其相应的柱塞 腔对应一个高速开关高压供油阀及与之对应的高速开关高压供油先导阀、 一个高速开关排 油 - 补油阀及与之对应的高速开关排油 - 补油先导阀 ； 每个高速开关高压供油阀包括一个高速开关高压供油阀芯、 一个高速开关高压供油阀弹簧、 一个高速开关高压供油阀弹簧腔、 一个高速开关高压供油阀轴向油口、 一个高速开关高压供油阀周向油口和一个高速开关高 压供油先导阀高压供油控制台阶， 每个高速开关排油 - 补油阀包括一个高速开关排油 - 补 油阀芯、 一个高速开关排油 - 补油阀弹簧、 一个高速开关排油 - 补油阀弹簧腔、 一个高速开 关排油 - 补油阀轴向油口、 一个高速开关排油 - 补油阀周向油口和一个高速开关排油 - 补 油先导阀排油 - 补油控制台阶 ； 在每个高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面与高速开 关高压供油先导阀高压供油控制台阶之间， 高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与 靠近中心侧端面之间各有一个容腔， 在每个高速开关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面与 高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶之间， 高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补 油控制台阶与高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面之间各有一个容腔 ； 每个柱塞对 应的高速开关高压供油阀与高速开关排油 - 补油阀都并排设置， 高速开关高压供油阀轴向 油口和高速开关排油 - 补油阀轴向油口均与其对应的柱塞腔连通 ； 每个高速开关高压供油 阀周向油口， 均穿过高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高速开关高压供油先导 阀靠近中心侧端面之间的容腔， 与配油盘高压油流道连通 ； 每个高速开关排油 - 补油阀周 向油口， 均穿过高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶与高速开关排油 - 补油先 导阀靠近中心侧端面之间的容腔， 与配油盘回油流道连通 ； 每个高速开关高压供油阀弹簧 腔均与相应的高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶连通， 每个高速开关排油 - 补油 阀弹簧腔均与相应的高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶连通 ； 每个高速开关 高压供油先导阀和高速开关排油 - 补油先导阀的两个端面 ( 靠近壳体侧端面与靠近中心 侧端面 ) 均与泄漏油口连通， 每个高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高速开关 高压供油先导阀靠近中心侧的端面之间的容腔与配油盘高压油流道连通 ； 每个高速开关排 油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶与高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面之间的 容腔与配油盘回油流道连通 ； 每个高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面与高速开关高 压供油先导阀高压共供油控制台阶之间的容腔均与相应的高速开关高压供油先导阀对应 的柱塞腔相连， 每个高速开关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面与高速开关排油 - 补油先 导阀排油 - 补油控制台阶之间的容腔均与相应的高速开关排油 - 补油先导阀对应的柱塞腔 相连 ； 所有高速开关高压供油先导阀位于同一截面上， 所有高速开关排油 - 补油先导阀位 于同一截面上。
所述的配油盘组用螺钉固定于所述的配油阀体位于柱塞另一侧的端面， 配油盘组 内部有高压油流道和回油流道 ； 配油盘组中心的配油盘高压油流道与所述所有高速开关高 压供油先导阀上的高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高速开关高压供油先导 阀靠近中心侧端面之间的容腔连通， 配油盘高压油流道与壳体上的高压油口连通 ； 配油盘 组中心的配油盘高压油流道外侧的环形配油盘回油流道与所述所有高速开关排油 - 补油 先导阀上的高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶与高速开关排油 - 补油先导阀 靠近中心侧端面之间的容腔连通， 配油盘组上的环形配油盘回油流道与壳体上的回油口连 通； 泄漏油流道与泵本体上的泄漏油流道共用， 与壳体上的泄漏油口连通 ； 所述的配油盘 组中心配油盘高压油流道与其外侧的环形配油盘回油流道之间， 环形配油盘回油流道与靠 近壳体侧的泄漏油流道之间分别采用高压旋转支撑组件和低压旋转支撑组件提供旋转支 撑， 配油盘组与后端盖之间相对转动。所述的配油盘组与缸筒同步旋转， 其与轴承座之间装有一个深沟球轴承和一个推 力球轴承， 分别用来承受径向力和轴向推力， 马达外壳与过渡块通过螺钉连接， 过渡块与控 制驱动外壳通过螺钉连接， 控制驱动外壳、 轴承座、 后盖延伸和后盖通过螺钉连接。
作为一种改进， 所述吸排油独立调节的变扭矩驱动机构， 分为高压供油驱动机构 和排油 - 补油驱动机构， 其中高压供油驱动机构由一个高速开关高压供油先导阀驱动轴承 及两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制阀体、 两个高速开关高压供油先导阀驱动轴 承控制柱塞、 两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧、 两个高速开关高压供油先 导阀驱动轴承控制弹簧压片和与弹簧对应的两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制 弹簧腔组成， 排油 - 补油驱动机构由一个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承及两个高速 开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制阀体、 两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制 柱塞、 两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧、 两个高速开关排油 - 补油先导阀 驱动轴承控制弹簧压片和与弹簧对应的两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹 簧腔组成 ； 高压供油驱动机构的两个控制柱塞与高速开关高压供油先导阀驱动轴承轴线垂 直， 与该轴承运动方向所在直线共线， 与该轴承外圈相切， 圆周方向均布， 每个高速开关高 压供油先导阀驱动轴承控制柱塞与高速开关高压供油先导阀驱动轴承外圈不接触的端面 安装高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧， 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制 弹簧的另一端面设置高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧压片， 高速开关高压供油 先导阀驱动轴承控制柱塞、 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧、 高速开关高压供 油先导阀驱动轴承控制弹簧压片均位于高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制控制阀体 内， 其内部的高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧腔与外部的控制油路连通， 高速 开关高压供油先导阀驱动轴承控制控制阀体与高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制控 制柱塞同轴， 安装在控制驱动外壳上， 高速开关高压供油先导阀驱动轴承内圈与其驱动的 高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面接触并提供旋转支撑 ； 高速开关排油 - 补油驱动 机构的两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞与高速开关高压供油先导阀驱 动轴承轴线垂直， 与该轴承运动方向所在直线共线， 与该轴承外圈相切， 圆周方向均布， 每 个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞与高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承外 圈不接触的端面安装高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧， 高速开关排油 - 补油 先导阀驱动轴承控制弹簧的另一端面设置高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧 压片， 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞、 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴 承控制弹簧、 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧压片均位于高速开关排油 - 补 油先导阀驱动轴承控制控制阀体内， 其内部的弹簧腔与外部的控制油路连通， 控制阀体与 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞同轴， 安装在控制驱动外壳上， 高速开关排 油 - 补油先导阀驱动轴承内圈与其驱动的高速开关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面接触 并提供旋转支撑 ；
作为一种改进， 所述的变扭矩驱动机构是通过操作变扭矩调节器使变扭矩驱动轴 承平动来改变先导阀的开关时间和开口大小， 控制高速开关阀的开关， 进而改变液压马达 的排量来改变其输出扭矩， 变扭矩调节器是机械变扭矩调节器、 单油口变扭矩调节器、 双油 口变扭矩调节器、 双控液压变扭矩调节器四种结构中的任意一种， 其中 ：
机械变扭矩调节器包括变扭矩调节杆， 变扭矩调节杆与变扭矩驱动轴承刚性连接； 单油口液压变扭矩调节器包括变扭矩柱塞， 变扭矩控制油口， 复位弹簧和弹簧座， 变扭矩柱塞一侧与变扭矩驱动轴承接触， 另一侧与变扭矩控制油口连通 ； 弹簧座一侧与变 扭矩驱动轴承接触， 另一侧与复位弹簧接触 ； 弹簧腔穿过弹簧座与带背压的回油口连通 ；
双油口单控液压变扭矩调节器包括 2 个变扭矩柱塞， 变扭矩控制油口， 复位弹簧 和变扭矩控制回油口， 变扭矩柱塞一侧与变扭矩驱动轴承接触， 另一侧与变扭矩控制油口 连通 ； 弹簧座一侧与变扭矩驱动轴承接触， 另一侧与复位弹簧接触 ； 弹簧腔与变扭矩控制 回油口连通 ；
双控液压变扭矩调节器包括 2 个变扭矩柱塞， 2 个变扭矩控制油口和 2 个复位弹 簧， 变扭矩柱塞与变扭矩控制油口， 复位弹簧一一对应 ； 每个变扭矩柱塞的一侧均与变扭矩 驱动轴承接触， 另一侧均与相应的复位弹簧接触 ； 2 个弹簧腔均与变扭矩控制油口连通。
作为一种改进， 所述变扭矩调节器分为高压供油变扭矩调节器和排油 - 补油变扭 矩调节器 ； 高压供油变扭矩调节器只控制高速开关高压供油先导阀驱动轴承， 高速开关高 压供油先导阀驱动轴承只控制高速开关高压供油先导阀， 高速开关高压供油先导阀只控制 高速开关高压供油阀 ； 排油 - 补油变扭矩调节器只控制高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴 承， 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承只控制高速开关排油 - 补油先导阀， 高速开关排 油 - 补油先导阀只控制高速开关排油 - 补油阀， 如此实现了配油机构的吸排油独立调节。
作为一种改进， 所述配油盘组由配油盘、 高压旋转支撑组件、 低压旋转支撑组件和 后端盖组成， 与吸、 排油腰形孔以吸排油分界面为中心对称分布的传统配油盘不同， 配油盘 内部有配油盘高压油流道和配油盘回油流道， 中心圆柱状流道作为配油盘高压油流道， 配 油盘高压油流道外侧的环形流道作为配油盘回油流道， 配油盘回油流道外壁外侧为泄露油 腔； 配油盘与先导阀体配合端面上中心圆型区域一侧与先导阀体高压油流道连通， 另一端 与配油盘高压油流道直接连通， 圆形区域外侧的环形区域一侧与先导阀体回油流道连通， 另一端通过 4 个相同均布的腰形孔与配油盘回油流道连通 ； 高压旋转支撑组件提供配油盘 高压流道与配油盘回油流道之间的密封， 低压旋转支撑组件提供配油盘回油流道与泄漏油 流道之间的密封， 高压旋转支撑组件和低压旋转支撑组件共同提供配油盘与后端盖之间的 旋转支撑。
作为一种改进， 所述高速开关高压供油先导阀轴线在高速开关阀所在平面上的投 影与高速开关排油 - 补油先导阀轴线在高速开关阀所在平面上的投影以吸排油分界线为 轴线对称。
作为一种改进， 所述高速开关高压供油先导阀驱动轴承的内壁中心轴线与所述柱 塞缸筒的中心轴线平行， 并沿着与吸排油分界线有一小于 10°夹角的方向有一个固定偏 置， 高速开关高压供油先导阀驱动轴承能且只能在该方向的垂直方向左右移动 ； 高速开关 排油 - 补油先导阀驱动轴承的内壁中心轴线与所述柱塞缸筒的中心轴线平行， 并沿着与吸 排油分界线有一小于 10°夹角的方向有一个固定偏置， 该方向与高速开关高压供油先导阀 驱动轴承固定偏置方向在高速开关阀所在平面的投影关于吸排油分界面对称， 高速开关排 油 - 补油先导阀驱动轴承能且只能在该方向的垂直方向左右移动。
作为一种改进， 所述高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面， 其直径比高速开 关高压供油先导阀高压供油控制台阶的直径略小， 该面积差给高速开关高压供油先导阀提
供了一个径向的压力， 使得所有的高速开关高压供油先导阀都能够压在所述的高速开关高 压供油先导阀驱动轴承上。所述高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面， 其直径比高 速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶的直径小， 该面积差给高速开关排油 - 补油 先导阀提供了一个径向的压力， 使得所有的高速开关排油 - 补油先导阀都能够压在所述的 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承上。
作为一种改进， 所述的配油阀体在轴向被分成三片 ： 柱塞腔分油阀体、 主阀体、 先 导阀体 ； 柱塞腔分油阀体、 主阀体、 先导阀体通过销钉刚性连接到柱塞缸筒上， 配油阀体与 配油盘组通过螺钉连接在一起 ； 柱塞腔分油阀体与主阀体、 主阀体与先导阀体、 先导阀体与 配油盘组、 柱塞腔分油阀体与柱塞缸筒之间所有油口的外缘， 都设有密封圈。
作为一种改进， 所述的高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高速开关排 油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶的宽度均与先导阀体上相应的沉割槽宽度一致， 使得 先导阀能够快速响应柱塞位置的变化。
作为一种改进， 所述的高速开关高压供油先导阀驱动轴承和高速开关排油 - 补油 先导阀驱动轴承的位移为零时， 高速开关高压供油阀弹簧腔除了在排油 - 吸油过渡点被隔 离外， 其他位置均与配油盘组中心高压油流道连通， 使高速开关高压供油阀保持关闭， 高速 开关排油 - 补油阀弹簧腔除了在吸油 - 排油过渡点被隔离外， 其他位置均与柱塞腔连通， 使 高速开关排油 - 补油阀保持打开， 使马达能够从配油盘组的配油盘回油流道补油。 作为一种改进， 所述的高速开关高压供油先导阀驱动轴承位移为零时， 高速开关 高压供油先导阀的初始位移为负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴 线之间的固定偏置 ； 高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶将高速开关高压供油阀弹 簧腔、 高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面与高速开关高压供油先导阀高压供油控制 台阶之间的容腔、 高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高速开关高压供油先导阀 靠近中心侧端面之间的容腔互相隔断 ； 所述的高速开关排油 - 补油先导阀控制轴承位移为 零时， 高速开关排油 - 补油先导阀的初始位移为两倍的高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴 承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置 ； 高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶 将高速开关排油 - 补油阀弹簧腔与柱塞腔连通， 且高速开关排油 - 补油先导阀阀口开度为 两倍的高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置。
本发明还提供了一种用于吸排油独立调节的旋转缸筒柱塞液压马达的开关变扭 矩方法， 包括以下步骤 ：
(1) 根据对输出扭矩大小的要求， 调节变扭矩调节器 ； 当变扭矩调节器是机械变 扭矩调节器时， 调节其变扭矩调节杆的位置 ； 当变扭矩调节器是单油口液压变扭矩调节器、 双油口单控液压变扭矩调节器或双控液压变扭矩调节器其中任意一种液压变扭矩调节器 时， 调节其变扭矩控制油口的压力 ； 用以改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比 ；
(2) 控制高速开关高压供油阀的开启时间， 使得位于吸油区的柱塞腔， 仅在高速开 关高压供油阀开启时， 能够从高压油口吸油， 推动相应的柱塞做功 ； 位于吸油区的柱塞腔在 高速开关供油阀关闭时， 均通过与回油口相通的高速开关排油 - 补油阀， 直接从回油口吸 油， 补充柱塞运动产生的空腔， 但不会推动柱塞做功 ； 与此同时， 位于排油区的柱塞腔， 仅在 高速开关高压供油阀关闭时， 能够通过与回油口相通的高速开关排油 - 补油阀， 直接排到 回油口， 不阻碍柱塞运动 ； 位于排油区的柱塞腔在高速开关排油 - 补油阀关闭时， 均通过高
压供油阀向高压油口排油， 工作在泵工况， 实现减速与制动， 并把制动能变回成压力能 ； 确 保平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸油行程中 的占空比成正比 ；
(3) 通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸、 排油行 程中占空比的实时调节， 输出与占空比成正比的平均扭矩， 实现变扭矩控制 ； 占空比与平均 扭矩之间的关系为 ：
令柱塞位移占空比 D ＝ X 开 /Xmax
T ＝ [D1-(1-D2)]*(Dm×P×η 机 ×η 阀 )
驱动轴承的位移 y 与柱塞位移占空比之间的关系为 ：
D1 ＝ d 开 1/2dmax ＝ {1-sin[2atan(|XP/YP|)]}/4
D2 ＝ d 开 2/2dmax ＝ {1-sin[2atan(|XT/YT|)]}/4
其中 ： D1 为柱塞在吸油行程时高速开关高压供油阀打开吸油时的位移在整个柱塞 吸、 排油行程中的占空比， D2 为柱塞在排油行程时高速开关排油 - 补油阀打开排油时的位移 在整个柱塞吸、 排油行程中的空比， d 开 1 为柱塞吸油行程时高速开关高压供油阀开启时间段 内的柱塞位移， d 开 2 为柱塞排油行程时高速开关排油 - 补油阀开启时间段的柱塞位移， dmax 为柱塞吸排油单程行程， T 为需要输出的平均扭矩， Dm 为液压马达的排量， P 为高压油口的 压力， η 机为液压马达的机械效率， η 阀为配油阀组的效率， YP 为高速开关高压供油先导阀驱 动轴承的内壁中心与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置位移， XP 为高速开关高压供油先导 阀的位移幅值即高速开关高压供油先导阀驱动轴承的位移， YT 为高速开关排油 - 补油先导 阀驱动轴承的内壁中心与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置位移， XT 为高速开关排油 - 补 油先导阀的位移幅值即高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承的位移 ；
(4) 处于马达工况时， 对于高速开关高压供油先导阀驱动轴承， 液压马达正转时， XP ＜ 0， 液压马达反转时， 则 XP ＞ 0 ； 对于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承， 液压马达 正转时， XT ＝ +Max， 液压马达反转时， 则 XT ＝ -Max ； 处于泵工况时， 对于高速开关高压供油 先导阀驱动轴承， 液压泵正反转时， XP ＝ 0 ； 对于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承， 液压 泵正转时， XT ＞ 0， 液压泵反转时， 则 XT ＜ 0 ； YP ＞ 0， YT ＜ 0 为固定偏置。
在该方法中， 初始位置以及正方向定义 ：
1. 取吸排油分界线上， 柱塞处于杠筒最深处时为起始点， 起始角度为 0° ；
2. 正对输出轴， 取左旋为正， 右旋为负 ；
3. 驱动环向右为正， 向左为负 ；
4. 先导阀芯向上运动为正， 向下为负 ；
5. 先导阀位移中间值规定为阀芯的 0 位 ；
6. 坐标轴取正视输出轴， 水平向右为 X 轴正方向， 竖直向上为 Y 轴正方向 ；
7. 以缸筒中心为原点， 变量驱动环向右、 向上为正， 向左、 向下为负。
通过上述结构与控制方法， 马达工况正转时， XP ＜ 0， XT ＝ +Max， 每个柱塞每转一 圈， 都经历了 6 个状态 (4 个主状态和 2 个过渡状态 ) ：
(1) 状态 A ： 高压驱动状态 ： 高速开关高压供油先导阀位移小于负的高速开关高压 供油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置 (-YP)， 高速开关排油 - 补油先 导阀位移大于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置(YT)， 且柱塞前进 ； 在高速开关高压供油先导阀的作用下， 柱塞腔与高速开关高压供油阀的 弹簧腔沟通时， 高速开关高压供油阀在高压油口的压力作用下打开， 因而柱塞腔的压力接 近但略低于高压油口的压力， 柱塞腔同时与排油 - 补油阀的弹簧腔沟通， 排油 - 补油阀在柱 塞腔的压力作用下保持关闭 ；
(2) 状态 B， C： 空行程状态 ： 其中 B 为过渡状态， C 为补油状态 ； 高速开关高压供油 先导阀位移大于负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定 偏置， 高速开关排油 - 补油先导阀位移大于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承与柱塞缸 筒中心轴线之间的固定偏置， 且柱塞前进 ； 在高速开关高压供油先导阀的作用下， 高压油口 与高速开关高压供油阀的弹簧腔沟通， 高速开关高压供油阀在高压油口的压力作用下快速 关闭， 柱塞继续前进导致柱塞腔体积增加， 压力快速降到低于回油口的背压， 柱塞腔同时与 排油 - 补油阀的弹簧腔沟通， 排油 - 补油阀在柱塞腔的压力降低到回油口背压以下后打开， 其中高速开关排油 - 补油阀打开的过程为过渡状态 B ； 高速开关排油 - 补油阀打开后柱塞 从回油口补油直到到达吸排油分界面的过程为补油状态 C ；
(3) 状态 D ： 正常回油状态 ： 高速开关高压供油先导阀位移大于负的高速开关高压 供油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置， 高速开关排油 - 补油先导阀位 移大于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固定偏置， 且柱塞 后退 ； 在高速开关高压供油先导阀的作用下， 高速开关高压供油阀的弹簧腔与高压供油口 连通， 高压供油阀保持关闭 ； 带背压的回油口与排油 - 补油阀的弹簧腔沟通， 由于柱塞排油 时， 柱塞腔压力接近并略高于带背压的回油口压力， 故排油 - 补油阀在柱塞腔的压力作用 下保持打开状态进行正常回油 ；
(4) 状态 E， F： 泵输出状态 ： 其中 E 为过渡状态， F 为泵输出状态 ； 高速开关高压供 油先导阀位移大于负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承与柱塞缸筒中心轴线之间的固 定偏置， 高速开关排油 - 补油先导阀位移小于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承与柱塞 缸筒中心轴线之间的固定偏置， 且柱塞后退 ； 在高速开关排油 - 补油先导阀的作用下， 柱塞 腔与排油 - 补油阀的弹簧腔沟通， 排油 - 补油阀在柱塞腔的压力作用下关闭， 柱塞继续后退 导致柱塞腔体积减小， 压力快速上升到超过高压油口的压力， 高压油口同时与高压供油阀 的弹簧腔沟通， 高速开关高压供油阀在柱塞腔的压力上升到高压油口压力以上后打开 ； 其 中状态 E 为高压供油阀开启过程这一过渡状态， 状态 F 为柱塞通过向高压油口排油直到柱 塞转到排吸油分界面。
马达工况反转以及泵工况正、 反转也要经历同样的六个状态。
与现有技术相比， 本发明的有益效果是 ：
(1) 变扭矩控制 ： 本发明通过对高速开关高压供油阀开启时间段内的柱塞位移在 整个柱塞吸油行程中占空比的实时调节， 输出与占空比成正比的平均扭矩， 实现了开关变 扭矩控制， 开关变扭矩控制既没有改变液压马达的排量， 也没有改变供油压力， 但它最终直 接改变了液压马达的输出扭矩 ；
(2) 节能 ： 当负载扭矩较小的时候， 部分位于吸油区的柱塞腔不再从高压油口吸 油， 而是通过排油 - 补油阀从回油口吸油， 不需要把压力油浪费在额外的节流控制阀口上， 因而节约了大量的能耗 ；
(3) 泵工况 ： 当同时减小柱塞在吸油行程时高速开关高压供油阀打开吸油时的位移在整个柱塞吸、 排油行程中的占空比 D1 和柱塞在排油行程时高速开关排油 - 补油阀打开 排油时的位移在整个柱塞吸、 排油行程中的占空比和 D2 时， 液压马达就平稳地进入了泵的 工况， 即输出与旋转方向相反的转矩， 同时向高压油口排出高压油 ；
(4) 响应速度提高一个数量级 ： 传统液压马达中各柱塞产生的液压力， 在驱动液 压马达旋转的同时， 其作用在斜盘上的力还会产生一个与斜盘倾斜角度控制方向一致的扭 矩， 且该扭矩随着液压马达转角的改变而变化， 尽量有多个柱塞但仍然无法完全在内部相 互抵消， 这部分波动的扭矩最终都加在了控制斜盘倾斜角度的变量机构上， 变量机构为了 克服该波动的扭矩， 需要有相当大的面积来驱动， 严重限制了液压马达的响应速度 ； 而本发 明把变量驱动机构从斜盘的巨大不均衡力矩中解放出来， 只需要克服各先导阀作用在变扭 矩驱动轴承上的不均衡力， 不均衡力缩小了一个数量级， 从而将液压马达的变量响应速度 提高了一个数量级 ；
(5) 避免了过零问题 ： 传统液压马达切换为泵工况的临界点是排量为零的点， 因 此为了切换为泵工况以回收减速、 制动过程的能量， 液压马达的排量调节机构必须过零点， 不仅变量机构的行程大， 响应速度慢， 而且还很容易导致在零点附近的不稳定 ； 而本发明只 需同时减小占空比 D1 和 D2， 液压马达就平稳地进入了泵的工况， 不需要经过排量零点， 因 而也不存在零点附近的不稳定问题。 (6) 正反转切换只需改变先导阀驱动方向 ： 当泵 / 马达需要切换旋转方向时， 只需 要按照变扭距操作步骤 (4) 中描述控制先导阀即可实现正反转。
附图说明
图 1 是本发明结构示意图。 图 2 是本发明中配油组件结构示意图。 图 3 是本发明中高速开关高压供油阀及其先导阀示意图。 图 4 是本发明中高速开关排油 - 补油阀及其先导阀示意图。 图 5 是本发明中配油阀组与高、 低压旋转支撑组件和后盖示意图。 图 6 是本发明中高速开关高压供油先导阀和其驱动轴承所在剖面。 图 7 是本发明中高速开关排油 - 补油先导阀和其驱动轴承所在剖面。 图 8 是本发明中配油组件各主阀和其变扭距驱动轴承安装示意图。 图 9 是本发明中高速开关高压供油先导阀芯向先导阀体中安装的示意图。 图 10 是本发明中高速开关排油 - 补油先导阀芯向先导阀体中安装的示意图。 图 11 是本发明中泵本体与配油组件的安装示意图。 图 12 是本发明中高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制单元安装示意图。 图 13 是本发明中高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制单元安装示意图。 图 14 是本发明中各先导阀体上面各个阀口台阶与液压油口的对应关系图。 图 15 是本发明中高速开关高压供油先导阀芯各个阀口台阶与液压油口的对应关 图 16 是本发明中高速开关排油 - 补油先导阀芯各个阀口台阶与液压油口的对应 图 17 是本发明各柱塞位置与其相关阀的动作流程控制图。15系图。
关系图。
102042161 A CN 102042164
说明书9/16 页图 18 是本发明中各先导阀及其驱动轴承在状态 A 的位置示意图
图 19 是本发明各主阀与其先导阀在状态 A 的位置示意图。
图 20 是本发明各主阀与其先导阀在状态 A 的局部位置示意图。
图 21 是本发明各主阀与其先导阀在状态 B 的局部位置示意图。
图 22 是本发明各主阀与其先导阀在状态 C 的局部位置示意图。
图 23 是本发明各主阀与其先导阀在状态 D 的局部位置示意图。
图 24 是本发明各主阀与其先导阀在状态 E 的局部位置示意图。
图 25 是本发明各主阀与其先导阀在状态 F 的局部位置示意图。
图中附图标记为 ： 1 柱塞缸筒、 2 柱塞腔分油阀体、 3 主阀体、 4 先导阀体、 5 配油盘、 6 高速开关高压供油先导阀驱动轴承、 7 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承、 8 高速开关高 压供油先导阀、 9 高速开关排油 - 补油先导阀、 10 高速开关高压供油阀套、 11 高速开关高压 供油阀芯、 12 高速开关高压供油阀弹簧、 13 高速开关排油 - 补油阀套、 14 高速开关排油 - 补 油阀芯、 15 高速开关排油 - 补油阀弹簧、 16 中心柱塞腔、 17 柱塞腔、 18 配油盘高压油流道、 19 配油盘回油流道、 20 高速开关高压供油阀轴向油口、 21 高速开关高压供油阀周向油口、 22 高速开关高压供油阀弹簧腔、 23 高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面、 24 高速开关 高压供油先导阀靠近壳体侧端面与高压供油控制台阶之间的容腔、 25 高速开关高压供油先 导阀高压供油控制台阶、 26 高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面与其高压供油控制台 阶之间的容腔、 27 高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面、 28 高速开关排油 - 补油阀轴 向油口、 29 高速开关排油 - 补油阀周向油口、 30 高速开关排油 - 补油阀弹簧腔、 31 高速开 关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面、 32 高速开关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面与排 油 - 补油控制台阶之间的容腔、 33 高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶、 34 高 速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面与其排油 - 补油控制台阶之间的容腔、 35 高速开 关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面、 36 密封圈、 37 高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧 端面与高压供油控制台阶之间的容腔与柱塞腔的通道、 38 高速开关排油 - 补油先导阀靠近 壳体侧端面与排油 - 补油控制台阶之间的容腔与柱塞腔连接通道、 39 高速开关高压供油先 导阀靠近中心侧端面与其高压供油控制台阶之间的容腔与配油阀组高压油流道连接通道、 40 高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面与其排油 - 补油控制台阶之间的容腔与配油 阀组高压油流道连接通道、 41 高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高速开关高压 供油阀弹簧腔连接通道、 42 高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶与高速开关排 油 - 补油阀弹簧腔连接通道、 43 高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面与其高压供油控 制台阶之间的容腔与高速开关高压供油阀周向油口连接通道、 44 高速开关排油 - 补油先导 阀靠近中心侧端面与其排油 - 补油控制台阶之间的容腔与高速开关排油 - 补油阀周向油口 连接通道、 45 控制驱动外壳、 46 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制阀体、 47 高速开关 高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞、 48 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧、 49 高 速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧压片、 50 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控 制阀体、 51 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞、 52 高速开关排油 - 补油先导阀 驱动轴承控制弹簧、 53 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧压片 54 高压旋转支撑 组件、 55 低压旋转支撑组件、 56 后端盖、 57 高压油口、 58 回油口、 59 高速开关高压供油先导 阀驱动轴承控制柱塞弹簧腔、 60 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞弹簧腔、 61先导阀体高压油流道、 62 先导阀体回油流道、 63 端盖油封、 64 端盖挡圈、 65 端盖、 66 输出轴、 67 输出轴深沟球轴承、 68 输出轴双列角接触球轴承、 69 轴承隔圈、 70 轴承挡圈、 71 球头副、 72 马达柱塞、 73 中心柱塞铜套、 74 泵壳、 75 过渡块、 76 高速开关高压供油先导阀驱动轴承保 持环、 77 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承保持环、 78 配油盘组轴承座、 79 后盖延伸、 80 配油盘组深沟球轴承、 81 配油盘组推力球轴承、 82 轴承压环、 83 泵本体、 84 配油组件。 具体实施方式
结合附图， 下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
本具体实施例中的一种机液先导开关变扭矩旋转缸筒柱塞液压马达， 由一个普通 的旋转缸筒式定量柱塞液压马达改装而来。
拆除柱塞式定量液压马达的后盖和配油盘， 将柱塞缸筒的端面加工成平面， 将本 发明的配油组件安装到液压马达原来的后盖和配油盘位置， 柱塞缸筒与配油组件之间通过 销钉连接。 一个普通的旋转缸筒柱塞式定量液压马达就被改装成了一个具有吸排油阀独立 调节的机液先导开关变扭矩功能的液压马达了。
结合附图， 下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
如附图所示， 具体实施例中提供的吸排油独立调节的开关马达变扭矩配油机构， 包括扭矩输出机构、 定量斜盘、 柱塞缸筒 1、 马达柱塞 72 和柱塞腔 17， 还包括配油阀组、 配油 盘组和开关变扭矩驱动机构 ；
所述的配油阀组由与柱塞个数相同的高速开关高压供油阀、 高速开关排油 - 补油 阀， 高速开关高压供油先导阀 8， 高速开关排油 - 补油先导阀 9 和公共的配油主阀体 3 构成， 每个马达柱塞 72 及其相应的柱塞腔 17 对应一个高速开关高压供油阀及与之对应的高速开 关高压供油先导阀 8、 一个高速开关排油 - 补油阀及与之对应的高速开关排油 - 补油先导 阀9； 每个高速开关高压供油阀包括一个高速开关高压供油阀套 10、 一个高速开关高压供 油阀芯 11、 一个高速开关高压供油阀弹簧 12、 一个高速开关高压供油阀轴向油口 20 和一 个高速开关高压供油阀周向油口 21、 一个高速开关高压供油阀弹簧腔 22， 每个高速开关排 油 - 补油阀包括一个高速开关排油 - 补油阀套 13、 一个高速开关排油 - 补油阀芯 14、 一个 高速开关排油 - 补油阀弹簧 15、 一个高速开关排油 - 补油阀轴向油口 28 和一个高速开关排 油 - 补油阀周向油口 29 一个高速开关排油 - 补油阀弹簧腔 30 ； 和每个高速开关排油 - 补 油阀均包括各自的阀芯、 弹簧、 弹簧腔、 轴向油口、 周向油口 ； 每个高速开关高压供油先导阀 8 均有一个高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶 25， 每个高速开关排油 - 补油先导 阀 9 均有一个高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶 33 ； 在每个高速开关高压供 油先导阀靠近壳体侧的端面 23 与其高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶 25 之间有 一个高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面与高速开关高压供油先导阀高压供油控制 台阶之间的容腔 24， 高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶 25 与高速开关高压供油 先导阀靠近中心侧端面 27 之间各有一个高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶与高 速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面之间的容腔 26， 在每个高速开关排油 - 补油先导阀 靠近壳体侧的端面 31 与其高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶 33 之间有一个 高速开关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面与高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控 制台阶之间的容腔 32， 高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶 33 与高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面 35 之间各有一个高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油 控制台阶与高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面之间的容腔 34 ； 每个柱塞对应的高 速开关高压供油阀与高速开关排油 - 补油阀都并排设置， 其轴向油口均与其对应的柱塞腔 17 连通 ； 每个高速开关高压供油阀的周向油口 21， 均穿过高速开关高压供油先导阀的高压 供油控制台阶与其高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面之间的容腔 26， 与配油盘组的 高压油流道 18 连通 ； 每个高速开关排油 - 补油阀的周向油口 29， 均穿过高速开关排油 - 补 油先导阀的排油 - 补油控制台阶与其高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧端面之间的容 腔 34， 与配油盘的回油流道 19 连通 ； 每个高速开关高压供油阀的弹簧腔 22 均与相应的先 导阀上的高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶 25 连通， 每个高速开关排油 - 补油 阀的弹簧腔 30 均与相应的先导阀上的高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶 33 连通 ； 每个高速开关高压供油先导阀 8 和高速开关排油 - 补油先导阀 9 的两个端面 ( 靠近 壳体侧端面与靠近中心侧端面 ) 均与泄漏油口连通， 每个高速开关高压供油先导阀高压供 油控制台阶与高速开关高压供油先导阀靠近中心侧的端面之间的容腔 26 均与配油盘组的 高压油流道 18 连通 ； 每个高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶与高速开关排 油 - 补油先导阀靠近中心侧端面之间的容腔 34 均与配油盘的回油流道连通 ； 每个高速开关 高压供油先导阀靠近壳体侧端面与其高速开关高压供油先导阀高压共供油控制台阶之间 的容腔 24 均与相应的柱塞腔 17 相连， 每个高速开关排油 - 补油先导阀靠近壳体侧端面与 其高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶之间的容腔 32 均与相应的柱塞腔 17 相 连； 所有高速开关高压供油先导阀 8 位于同一截面上， 所有高速开关排油 - 补油先导阀 9 位 于同一截面上 ；
所述的配油盘组与所述的配油先导阀体 4 位于柱塞另一侧的端面接触， 无相对运 动， 配油盘组内部有配油盘高压油流道 18 和配油盘回油流道 19 ； 配油盘组中心的配油盘高 压油流道 18 与所述配油阀组上所有高速开关高压供油先导阀在高速开关高压供油先导阀 高压供油控制台阶与高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面之间的容腔 26 连通， 配油 盘组上的配油盘高压油流道 18 与壳体后端盖 56 上的高压油口 57 连通 ； 配油盘组中心配油 盘高压油流道 18 外侧的环形配油盘回油流道 19 与所述配油阀组上所有高速开关排油 - 补 油先导阀在高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶与高速开关排油 - 补油先导阀 靠近中心侧端面之间的容腔 34 连通， 配油盘组上的环形配油盘回油流道 19 与壳体后端盖 56 上的回油油口 58 连通 ； 泄漏油流道与泵本体上的泄漏油流道共用， 与壳体上的泄漏油口 连通 ； 所述的配油盘组中心配油盘高压油流道 18 与其外侧的环形配油盘回油流道 19 之间， 中心高压油流道外侧的环形配油盘回油流道 19 与靠近壳体侧的泄漏油流道之间分别采用 高压旋转支撑组件 54 和低压旋转支撑组件 55 提供旋转支撑， 配油盘组与壳体后端盖 56 之 间相对转动。
吸排油独立调节的开关马达变扭矩配油机构， 其开关变扭矩驱动机构分为高压供 油驱动机构和排油 - 补油驱动机构， 其中高压供油驱动机构由一个高速开关高压供油先导 阀驱动轴承 6 及两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制阀体控制柱塞 46、 两个高速开 关高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞 47 阀体、 两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控 制弹簧 48、 两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧压片 49 和与弹簧对应的两个 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞弹簧腔 59 组成， 排油 - 补油驱动机构由一个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 及两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制阀体 50 控制柱塞、 两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞 51 阀体、 两个高速开关排 油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧 52、 两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧 压片 53 和与弹簧对应的两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞弹簧腔 60 组 成； 高速开关高压供油驱动机构的两个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞 47 与 于高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 轴线垂直， 与该轴承运动方向所在直线共线， 与该 轴承外圈相切， 圆周方向均布， 每个高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞 47 与高速 开关高压供油先导阀驱动轴承 6 外圈不接触的另一端面安装高速开关高压供油先导阀驱 动轴承控制弹簧 48， 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧 48 的另一端面设置高速 开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧压片 49， 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱 塞 47、 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧 48、 高速开关高压供油先导阀驱动轴承 控制弹簧压片 49 均位于高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞阀体 46 内， 其内部的 高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制弹簧腔 59 与外部的控制油路连通， 高速开关高压 供油先导阀驱动轴承控制柱塞阀体 46 与高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱塞 47 同 轴， 安装在控制驱动外壳 45 上， 高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 内圈与其驱动的高速 开关高压供油先导阀 8 上的高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面 23 接触并提供旋转 支撑 ； 高速开关排油 - 补油驱动机构的两个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞 51 与于高速开关排油 - 补油高压供油先导阀驱动轴承 7 轴线垂直， 与该轴承运动方向所在 直线共线， 与该轴承外圈相切， 圆周方向均布， 每个高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控 制柱塞 51 与高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 外圈不接触的另一端面安装高速开关 排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧 52， 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧 52 的另一端面设置高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧压片 53， 高速开关排油 - 补 油先导阀驱动轴承控制柱塞 51、 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧 52、 高速开 关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧压片 53 均位于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴 承控制柱塞阀体 50 内， 其内部的高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制弹簧腔 60 与外 部的控制油路连通， 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞阀体 50 与高速开关排 油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞 51 同轴， 安装在控制驱动外壳 45 上， 高速开关排油 - 补 油先导阀驱动轴承 7 内圈与其驱动的高速开关排油 - 补油先导阀 9 上的高速开关排油 - 补 油先导阀靠近壳体侧端面 31 接触并提供旋转支撑 ； 高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 只 控制高速开关高压供油先导阀 8， 高速开关高压供油先导阀 8 只控制高速开关高压供油阀， 高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 只控制高速开关排油 - 补油先导阀 9， 高速开关排 油 - 补油先导阀 9 只控制高速开关排油 - 补油阀， 如此实现了配油机构的吸、 排油单独控制 独立调节。
配油盘组由配油盘 5、 高压旋转支撑组件 54、 低压旋转支撑组件 55 和后端盖 56 组 成， 与吸、 排油腰形孔以吸排油分界面为中心对称分布的传统配油盘不同， 配油盘 5 内部有 配油盘高压油流道 18 和配油盘回油流道 19， 中心圆柱状流道作为配油盘高压油流道 18， 配 油盘高压油流道 18 外侧的环形流道作为配油盘回油流道 19， 配油盘回油流道 19 外壁外侧 为泄露油腔 ； 配油盘 5 与先导阀体 4 配合端面上中心圆型区域一侧与先导阀体上的高压油 流道连通， 另一端与配油盘上高压油流道 18 直接连通， 圆形区域外侧的环形区域一侧与先导阀体上的回油流道连通， 另一端通过 4 个相同的， 圆周方向均布的腰形孔与配油盘上的 环形回油流道 19 连通 ； 高压旋转支撑组件 54 提供配油盘高压油流道 18 与配油盘回油流道 19 之间的密封， 低压旋转支撑组件 55 提供配油盘回油流道 19 与泄漏油流道之间的密封， 高 压旋转支撑组件 54 和低压旋转支撑 55 组件共同提供配油盘 5 组件与后端盖 56 壳体之间 的旋转支撑。
高速开关高压供油先导阀 8 轴线在高速开关阀所在平面上的投影与高速开关排 油 - 补油先导阀 9 轴线在高速开关阀所在平面上的投影以吸排油分界线为轴线对称。
高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 的内壁中心轴线与所述柱塞缸筒 1 的中心轴 线平行， 并沿着与吸排油分界线有一较小夹角的方向有一个固定偏置， 高速开关高压供油 先导阀驱动轴承 6 能且只能在该方向的垂直方向左右移动 ； 高速开关排油 - 补油先导阀驱 动轴承 7 的内壁中心轴线与所述柱塞缸筒 1 的中心轴线平行， 并沿着与吸排油分界线有一 较小夹角的方向有一个固定偏置， 该方向与高速开关高压供油先导阀驱动轴承 7 固定偏置 方向在高速开关阀所在平面的投影关于吸排油分界面对称， 高速开关排油 - 补油先导阀驱 动轴承 7 能且只能在该方向的垂直方向左右移动。
所述高速开关高压供油先导阀靠近中心侧的端面 27， 其直径比高速开关高压供油 先导阀高压供油控制台阶 25 的直径略小， 该面积差给高速开关高压供油先导阀 8 提供了一 个径向的压力， 使得所有的高速开关高压供油先导阀 8 都能够压在所述的变扭矩高速开关 高压供油先导阀驱动轴承 6 上。 ； 所述高速开关排油 - 补油先导阀靠近中心侧的端面 35， 其 直径比高速开关排油 - 补油先导阀排油 - 补油控制台阶 33 的直径小， 该面积差给高速开关 排油 - 补油先导阀 9 提供了一个径向的压力， 使得所有的高速开关排油 - 补油先导阀 9 都 能够压在所述的变扭矩高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 上。
所述的配油阀体在轴向被分成三片 ： 柱塞腔分油阀体 2、 主阀体 3、 先导阀体 4 ； 柱 塞腔分油阀体 2、 主阀体 3、 先导阀体 4 通过销钉刚性连接到柱塞缸筒 1 上， 配油阀体与配油 盘组通过螺钉连接在一起 ； 柱塞腔分油阀体 2 与主阀体 3、 主阀体 3 与先导阀体 4、 先导阀体 4 与配油盘组、 柱塞腔分油阀体 2 与柱塞缸筒 1 之间所有油口的外缘， 都设有密封圈。
所述的高速开关高压供油先导阀的高压供油控制台阶 25 与高速开关排油 - 补油 先导阀排油 - 补油控制台阶 33 的宽度均与先导阀体上相应的沉割槽宽度一致， 使得先导阀 能够快速响应柱塞位置的变化。
所述的高速开关高压供油先导阀控制驱动轴承 6 和高速开关排油 - 补油先导阀控 制驱动轴承 7 的位移为零时， 高速开关高压供油阀的弹簧腔 22 除了在排油 - 吸油过渡点被 隔离外， 其他位置均与配油盘组中心的配油盘高压油流道 18 连通， 使高速开关高压供油阀 保持关闭， 高速开关排油 - 补油阀的弹簧腔 30 除了在吸油 - 排油过渡点被隔离外， 其他位 置均与柱塞腔 17 连通， 使高速开关排油 - 补油阀保持打开， 使马达能够从配油盘组的配油 盘回油流道 19 补油。
所述的高速开关高压供油先导阀控制驱动轴承 6 位移为零时， 高速开关高压供油 先导阀 8 的初始位移为负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 与柱塞缸筒 1 中心轴线之 间的固定偏置 ； 高速开关高压供油先导阀上的高压供油控制台阶 25 将高速开关高压供油 阀弹簧腔 22、 高速开关高压供油先导阀靠近壳体侧端面与高速开关高压供油先导阀其高压 供油控制台阶之间的容腔 24、 高速开关高压供油先导阀高压供油控制台阶靠近中心侧与高速开关高压供油先导阀靠近中心侧端面其高压供油控制台阶之间的容腔 26 互相隔断 ； 所 述的高速开关排油 - 补油先导阀控制轴承 7 位移为零时， 高速开关排油 - 补油先导阀 9 的 初始位移为两倍的高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固 定偏置 ； 高速开关排油 - 补油先导阀上的排油 - 补油控制台阶 33 将高速开关排油 - 补油阀 的弹簧腔 30 与柱塞腔 17 连通， 且高速开关排油 - 补油先导阀 9 阀口开度为两倍的高速开 关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置。
基于前述吸排油独立调节的开关马达变扭矩配油机构， 首先对初始位置以及正方 向定义如下 ：
1. 取吸排油分界线上， 柱塞处于柱塞杠筒 1 最深处时为起始点， 起始角度为 0° ；
2. 正对输出轴， 取左旋为正， 右旋为负 ；
3. 所有的先导阀驱动环轴承向右为正， 向左为负 ；
4. 所有的先导阀芯向上运动为正， 向下为负 ；
5. 所有的先导阀位移中间值规定为阀芯的 0 位 ；
6. 坐标轴取正视输出轴， 水平向右为 X 轴正方向， 竖直向上为 Y 轴正方向 ；
7. 以柱塞缸筒 1 中心为原点， 变量驱动轴承环向右、 向上为正， 向左、 向下为负 ；
该开关变扭矩方法包括以下步骤 ：
(1) 根据对输出扭矩大小的要求， 调节高速开关高压供油先导阀驱动轴承控制柱 塞弹簧腔 59 和高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承控制柱塞弹簧腔 60 的控制油压力， 或 者通过其他变扭矩调节器改变高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 和高速开关排油 - 补油 先导阀驱动轴承 7 的位置， 进而改变高速开关高压供油先导阀和高速开关排油 - 补油先导 阀的工作位置， 达到改变各高速开关高压供油阀的开关时间占空比的目的 ；
(2) 控制高速开关高压供油阀的开启时间， 使得位于吸油区的柱塞腔 17， 仅在高 速开关高压供油阀开启时， 能够从高压油口 57 吸油， 推动相应的柱塞做功 ； 位于吸油区的 柱塞腔 17 在高速开关供油阀关闭时， 均通过与回油口 58 相通的高速开关排油 - 补油阀， 直接从回油口 58 吸油， 补充柱塞运动产生的空腔， 但不会推动柱塞做功 ； 与此同时， 位于排 油区的柱塞腔， 仅在高速开关高压供油阀关闭时， 能够通过与回油口 17 相通的高速开关排 油 - 补油阀， 直接排到回油口 17， 不阻碍柱塞运动 ； 位于排油区的柱塞腔 17 在高速开关排 油 - 补油阀关闭时， 均通过高压供油阀向高压油口 57 排油， 工作在泵工况， 实现减速与制 动， 并把制动能变回成压力能 ； 确保平均输出扭矩与高速开关高压供油阀开启时间段内柱 塞的位移在整个柱塞吸油行程中的占空比成正比 ；
(3) 通过对高速开关高压供油阀开启时间段内柱塞的位移在整个柱塞吸、 排油行 程中占空比的实时调节， 输出与占空比成正比的平均扭矩， 实现变扭矩控制 ； 占空比与平均 扭矩之间的关系为 ：
令柱塞位移占空比 D ＝ X 开 /Xmax
T ＝ [D1-(1-D2)]*(Dm×P×η 机 ×η 阀 )
驱动轴承的位移 y 与柱塞位移占空比之间的关系为 ：
D1 ＝ d 开 1/2dmax ＝ {1-sin[2atan(|XP/YP|)]}/4
D2 ＝ d 开 2/2dmax ＝ {1-sin[2atan(|XT/YT|)]}/4
其中 ： D1 为柱塞在吸油行程时高速开关高压供油阀打开吸油时的柱塞位移在整个柱塞吸、 排油行程中的占空比， D2 为柱塞在排油行程时高速开关排油 - 补油阀打开排油时柱 塞的位移在整个柱塞吸、 排油行程中的空比， d 开 1 为柱塞吸油行程时高速开关高压供油阀开 启时间段内的柱塞位移， d 开 2 为柱塞排油行程时高速开关排油 - 补油阀开启时间段的柱塞 位移， dmax 为柱塞吸排油单程行程， T 为需要输出的平均扭矩， Dm 为液压马达的排量， P 为高 压力油口 57 的压力， η 机为液压马达的机械效率， η 阀为配油阀组的效率， YP 为高速开关高 压供油先导阀驱动轴承 6 的内壁中心与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置位移， XP 为高 速开关高压供油先导阀的位移幅值即高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 的位移， YT 为高 速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 的内壁中心与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置位 移， XT 为高速开关排油 - 补油先导阀的位移幅值即高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 的位移 ；
(4) 处于马达工况时， 对于高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6， 液压马达正转 时， XP ＜ 0， 液压马达反转时， 则 XP ＞ 0 ； 对于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7， 液压 马达正转时， XT ＝ +Max， 液压马达反转时， 则 XT ＝ -Max ； 处于泵工况时， 对于高速开关高压 供油先导阀驱动轴承 6， 液压泵正反转时， XP ＝ 0 ； 对于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴 承 7， 液压泵正转时， XT ＞ 0， 液压泵反转时， 则 XT ＜ 0 ； YP ＞ 0， YT ＜ 0 为固定偏置。 作为本发明的具体应用的一个实例， 此处具体讨论了一种采用了本发明提供的 吸、 排油阀独立调节的机液先导开关变扭矩配油组件的旋转缸筒柱塞液压马达， 详细描述 如下 ：
拆除柱塞式定量液压马达的后盖和配油盘， 将柱塞缸筒的端面加工成平面， 将本 发明的配油组件安装到液压马达原来的后盖和配油盘位置， 柱塞缸筒与配油组件之间通过 销钉连接。一个普通的旋转缸筒柱塞式定量液压马达就被改装成了一个具有吸、 排油阀独 立调节的机液先导开关变扭矩功能的液压马达了。
根据前面所述的结构与控制方法， 该液压马达正转时的工作过程如附图 17 ～ 25 所示。每个柱塞每转一圈， 都经历了 6 个状态 (4 个主状态和 2 个过渡状态 ) ：
(1) 状态 A ： 高压驱动状态 ： 正转时， XP ＜ 0， XT ＞ 0， 高速开关高压供油先导阀 8 位 移小于负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置， 高速开关排油 - 补油先导阀 9 位移大于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置， 且柱塞前进 ； 在高速开关高压供油先导阀 8 的作用下， 柱塞腔 17 与高速开关高压供油阀弹簧腔 22 沟通时， 高速开关高压供油阀在高压油口 57 的压力作 用下打开， 因而柱塞腔 17 的压力接近但略低于高压油口 57 的压力， 柱塞腔 17 同时与高速 开关排油 - 补油阀弹簧腔沟 30 通， 高速开关排油 - 补油阀在柱塞腔 17 的压力作用下保持 关闭 ；
(2) 状态 B， C： 空行程状态 ： 其中 B 为过渡状态， C 为补油状态 ； 高速开关高压供油 先导阀 8 位移大于负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间 的固定偏置， 高速开关排油 - 补油先导阀 9 位移大于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置， 且柱塞前进 ； 在高速开关高压供油先导阀 8 的作 用下， 高压油口 57 与高速开关高压供油阀弹簧腔 22 沟通， 高速开关高压供油阀在高压油口 57 的压力作用下快速关闭， 柱塞继续前进导致柱塞腔 17 体积增加， 压力快速降到低于回油 口 58 的背压， 柱塞腔 17 同时与高速开关排油 - 补油阀弹簧腔 30 沟通， 排油 - 补油阀在柱
塞腔 17 的压力降低到回油口 58 背压以下后打开， 其中高速开关排油 - 补油阀打开的过程 为过渡状态 B ； 高速开关排油 - 补油阀打开后柱塞从回油口补油直到到达吸排油分界面的 过程为补油状态 C ；
(3) 状态 D ： 正常回油状态 ： 高速开关高压供油先导阀 8 位移大于负的高速开关高 压供油先导阀驱动轴承 6 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置， 高速开关排油 - 补油先 导阀 9 位移大于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定 偏置， 且柱塞后退 ； 在高速开关高压供油先导阀 8 的作用下， 高速开关高压供油阀弹簧腔 22 与高压油口 57 连通， 高压供油阀保持关闭 ； 带背压的回油口 58 与高速开关排油 - 补油阀弹 簧腔 30 沟通， 由于柱塞排油时， 柱塞腔 17 压力接近并略高于带背压的回油口 58 压力， 故高 速开关排油 - 补油阀在柱塞腔 17 的压力作用下保持打开状态进行正常回油 ；
(4) 状态 E， F： 泵输出状态 ： 其中 E 为过渡状态， F 为泵输出状态 ； 高速开关高压供 油先导阀 8 位移大于负的高速开关高压供油先导阀驱动轴承 6 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间 的固定偏置， 高速开关排油 - 补油先导阀 9 位移小于高速开关排油 - 补油先导阀驱动轴承 7 与柱塞缸筒 1 中心轴线之间的固定偏置， 且柱塞后退 ； 在高速开关排油 - 补油先导阀 9 的 作用下， 柱塞腔 17 与高速开关排油 - 补油阀弹簧腔 30 沟通， 高速开关排油 - 补油阀在柱塞 腔 17 的压力作用下关闭， 柱塞继续后退导致柱塞腔 17 体积减小， 压力快速上升到超过高压 油口 57 的压力， 高压油口 57 同时与高速开关高压供油阀弹簧腔 22 沟通， 高速开关高压供 油阀在柱塞腔 17 的压力上升到高压油口 57 压力以上后打开 ； 其中状态 E 为高速开关高压 供油阀开启过程这一过渡状态， 状态 F 为柱塞通过向高压油口 57 排油直到柱塞转到排吸油 分界面。
最后， 需要注意的是， 以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然， 本发明不限于 以上实施例， 还能够有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导 出或联想到的所有变形， 均应认为是本发明的保护范围。