中空电液伺服马达

仿真转台在飞机等飞行器的研制过程中起着极其重要的作用。大直径中空电液伺服马达是转轴大直径中空、输出回转运动、液压驱动的执行机构，它可以避免空心轴电动机作为转台内框带来的对被测件信号的强电磁干扰，也可以避免液压马达端置式内框在被测件安装空间上的限制。因此，大直径中空电液伺服马达是大功率、低电磁噪声三轴转台内框的理想执行机构。

1．工作原理

大直径中空电液伺服马达是在双叶片摆动马达基础上研发的。图59为大直径中空电液伺服马达工作原理图。油源输出的高压油经P口由伺服阀导人马达的高压工作腔A(或B)、马达低压工作腔B(或A)的油液由伺服阀经T口回油箱，两个工作腔内油液压差作用在马达动叶片上产生使中空转轴输出回旋运动。

轴的大直径中空，该特征导致的主要设计困难如下：①马达转轴中空直径大，但作为转台中框和外框的负载，不允许中空轴的壁很厚以至轴转动惯量过大，因此马达抗变形设计任务艰巨；②马达中空轴直径大使得马达工作腔容积大，系统固有频率低，阀控系统频宽拓宽困难；③马达中空轴直径大导致马达工作容腔外泄漏间隙周向长大，高可靠性的密封与低摩擦要求之间矛盾突出；④系统低速性能改善困难。合理的结构设计和适宜的控制策略是解决上述难点的有效措施。

2．结构

为了克服大直径设计面临的困难，马达在结构上采用轴肩式结构，如图60所示。马达的工作腔由缸体4、固定在缸体上的定叶片3（2片）、中空转轴5、固定在中空转轴上的动叶片6（2片）组成。  特殊结构的中空转轴是轴肩式结构的重要组成部分，如图61所示。在中空转轴的外表面中部加工有两道凸起的轴肩L1和L2，动叶片固定在L1和L2之间。轴肩L1、L2在转轴的外表面起到了加强筋的作用，使得转轴在较薄壁厚条件下具有很强的抗径向变形能力。有限元分析表明对于中空直径Ф500mm的转轴，在l4MPa油压作用下，转轴内壁的zui大径向变形仅0.05mm，小于转子与定叶片之间为确保密封效果而预留的配合间隙尺寸，从而可调和转轴转动惯量与径向抗变形能力之间的矛盾，确保马达在运行过程中不出现卡死现象。轴肩式结构可以增强马达工作容腔的刚度，提高大直径中空液压马达系统固有频率，大直径中空液压马达的液压固有频率为

式中：J₁为马达轴上的转动惯量；V₁为马达工作腔与进出口连接管道的总容积；D_m为马达的排量；E_y为等效容积弹性模数。

转轴轴肩作为马达工作容腔的侧壁承受油压产生的横向作用力，由于轴肩与转轴一体，马达工作腔轴向刚度比端盖式马达要高，有效提高等效容积弹性模数E，从而提高系统固有频率。

3．控制策略

对于转台应用，的控制算法在满足马达控制性能的前提下，需考虑算法简单，实现方便。特别是算法的运算时间要短，能够在控制器硬件运算能力之内完成。为此，在控制算法上，采用速度、加速度前馈+PID+差反馈对马达进行控制。通过参数的合理配置来改善阀控系统运动性能。系统控制框图如图62所示。

4．试验与应用

为测试中空液压马达在油压作用下的变形情况，使马达转轴停于极限位，改变油源压力，图63所示千分表读数见下表。由测试数据可知，15MPa时zui大变形总量为0.197mm。

图64为0 001。/s时的低速曲线，曲线波动在±0.001。之间。图65为阶跃响应曲线，实测定位精度为±0.003°。

变形试验数据

具有良好的抗变形能力、稳定的低速性能和很高的定位精度。该马达可作为大型液压转台内框，具有很高的应用价值。