大排量高可靠性低噪聲液壓馬達研制

0 引言

針對水聲監聽船水聲系統等船用設備的需求，開展大排量高可靠性低噪聲液壓馬達的進口替代研制與考核評價工作至關重要。本項目擬以大排量高可靠性低噪聲液壓馬達為對象，突破高壓重載、高可靠性、低噪聲等設計技術以及精密鑄造、精密加工等制造工藝，完成滿足容積效率、低速性能、高速性能、噪聲、耐久性、抗沖擊性能、剎車制動性能、高低溫性能、密封性能等設計指標的目標產品的研制。

1 產品意義

本項目的擬開發產品，將完成滿足容積效率、低速性能、高速性能、噪聲、耐久性、抗沖擊性能、剎車制動性能、高低溫性能、密封性能等設計指標的目標產品的研制，能夠支持水聲系統收放存儲裝置設備驗證樣機完成大排量高可靠性低噪聲液壓馬達的設備應用考核。產品將突破大排量高可靠性低噪聲液壓馬達國產化關鍵核心技術，打破液壓關鍵技術部件過度依賴進口的局面，確保工程機械液壓元件產業鏈的安全。所研發的大排量高可靠性低噪聲液壓馬達產品將有效實現水聲系統收放存儲裝置設備的國產化自主配套需求，改善高端設備用液壓馬達對博世力士樂、川崎、丹佛斯、伊頓等歐美日企業的依賴程度，確保產品元件產業鏈和液壓設備的生產能力。

2 國內外研制生產狀況

低速大扭矩馬達具有工作速度低、輸出扭矩大功率密度高、結構緊湊、體積小、質量輕、外接機構簡單、應用方便、變速范圍大、低速穩定性能好等優點；大排量高速變量柱塞馬達具有寬廣的排量控制范圍，排量可在Vmax和Vgmin之間無級變化，使馬達能夠滿足高轉速和高扭矩的要求，同時具有功率密度高、結構緊湊體積小、質量輕、外接機構簡單、應用方便、變速范圍大、速度穩定性能好等優點；大排量高可靠性低噪聲液壓馬達廠泛應用于海洋工程設備、工程機械、建筑礦山機械、農用機械、牽引機械等領域，特別在工程領域特種設備驅動裝置中有重要應用。

目前大排量高可靠性低噪聲液壓馬達生產研發的世界級龍頭企業主要有法國POCLAIN Hydraulic公司、Bosch Rexroth集Hagglunds公司、德國Rexroth、Linde，美國Eaton、Denison，意大利Samhydraulik等。

POCLAIN代表性產品有：采用多作用平面配流技術的MS系列液壓馬達，能自動補償馬達配合間隙，對壓力、溫度敏感度低，長期保持較高的容積效率，解決了徑向配流因長期工作磨損造成的容積效率下降的難題，該型馬達結構緊湊、運動平穩，最高工作壓力45MPa，排量變化范圍為172cc/r-6011cc/r，基于其高性能，廣泛應用于各類工業設備靜液壓傳動場合。

隨著伊犁局勢的加劇索倫人中也到布倫托海地方安置，另外在地理位置上，科布多參贊大臣駐地遠在阿爾泰山以東，離布倫托海有十二個驛站之路程，且“布倫托海茂延數千里曠野遼闊”。[注]中國第一歷史檔案館編：《光緒朝朱批奏折》第113輯，中華書局，1996年版，第74頁。又烏里雅蘇臺、科布多等地“僅有蒙古馬隊五百余名，宣大步隊五百余名，臺務城防實有莫能兼顧之勢”，[注]中國第一歷史檔案館編：《光緒朝朱批奏折》第113輯，中華書局，1996年版，第51頁。若起事勢力蔓延至科布多、烏里雅蘇臺等處，無法彼此兼顧。

Hagglunds代表性產品有：可靠性優良的MA系列軸轉馬拉松馬達、基于重載應用與對尺寸和重量嚴格要求場合的金牌CA系列馬達、可滿足重型機構需求的可控性和抗沖擊負載性優良的金牌CB系列馬達、專用于航海領域的維京系列馬達、以及適用于重載緊湊空間并可提供最高達6000Nm/bar比轉矩的新一代CBM液壓馬達。其金牌馬達和馬拉松馬達為殼體固定，油缸體空心軸旋轉，維京馬達為殼體旋轉、油缸體固定，產品耐久性和可靠性高，功率重量比高。

④調排量重復精度：相同控制量的排量設定誤差不大于5%；

美國Denison公司的M6V金杯系列變量軸向柱塞馬達最大工作壓力可達34.5MPa-42MPa，排量規格98.3cc/r-501.5cc/r，功率密度高，結構緊湊，可靠性高。

目前國內尚無滿足大排量高可靠性液壓馬達成熟產品，筆者單位已對液壓馬達開展了多年的研究，并且在高速馬達領域實現了一定突破，實現最高轉速5000r/min，具有充分的研究積累和基礎。計劃通過本研制，突破大排量高可靠性低噪聲液壓馬達結構的設計、關鍵材料選型和復雜零件加工裝配工藝、馬達關鍵部件受力分析和壽命評估、馬達性能和可靠性提升等關鍵技術，實現液壓馬達產品的成功研制。

國內的大排量高可靠性低噪聲液壓馬達研究起步較晚。其中：低速大扭矩馬達以對國外產品測試繪制和方向研究為主，基于主機配套使用開發了多種規格的低速大扭矩液壓馬達，主要代表有QJM、QKM系列、軸轉NJM系列、ZJM系列、DM系列馬達，MK、MW等系列馬達。近幾年國內企業通過對國外技術的吸收和自主研發，國內低速大扭矩馬達的性能等方面得到了一定提高，最高工作壓力可達到40MPa，但由于在關鍵部件的性能、關鍵材料以及復雜零件生產加工工藝、裝配工藝及研究方法等方面問題的存在，相比國外同類產品，國內低速大扭矩馬達在結構合理性、實際工作壓力、產品可靠性和壽命、低速穩定性、結構緊湊性、整機效率等方面還存在較大差距，某些極端工作場合國外進口產品占據主導地位。

四十年的農村改革歷史進程，按照市場化推進邏輯及我國經濟體制改革四個重要轉型時間節點，即1978、1992、2002、2012年，也可以分為四個發展階段。

大排量高速變量柱塞馬達主要以小排量馬達為主，大排量變量馬達目前國內沒有批量生產，在精密鑄造、加工工藝、摩擦副技術等方面與國外差距較大，難以達到要求，在鑄件材料、熱處理、裝配工藝等方面還需要進一步提高。雖然目前我國有類似小排量產品，但由于我國基礎工業起步晚，基礎薄弱，國產產品與國外同類產品性能差距依然較大，主要體現在：

①國外大排量高速高可靠性低噪聲變量柱塞馬達的工作壓力更高、排量范圍更大、變量調節機構功能更豐富；

②國外變量柱塞馬達的工作可靠性更高，長時間工作后性能指標仍較穩定；而國產小排量馬達的故障率更高，長時間使用后泄漏量、效率等指標較差；

③在歐美，大排量高速高可靠性低噪聲變量柱塞馬達的生產廠家是比較多的，但在國內比較有影響力的常見也只有1-2家，而且其中多數采用的是國外的技術。

3 國內外發展趨勢

隨著技術進步和發展，大排量高可靠性低噪聲液壓馬達技術主要發展趨勢方向為：

①基本結構進一步穩定基礎上輕量化發展，提高馬達功率密度，同樣的輸出功率下，開發更輕更緊湊的產品；

②模塊化設計，針對液壓馬達各主要部件拆分成具有互換性的模塊，可根據應用需求靈活組裝；

固定礦漿pH為11.5±0.2，淀粉用量為100 mg/L，CaCl2用量為100 mg/L，捕收劑油酸鈉和CM-5用量為100 mg/L，表3為不同溫度下兩種捕收劑對三種礦物的浮選結果。

(4) 探究鳥類適于飛行生活的形態結構特點時，發現F具有完善的呼吸系統，其身體里有發達的[ ]____________與肺相通，每呼吸一次，在肺里進行兩次氣體交換，這種特有的呼吸方式是____________。

針對本項目內容，擬定了主要研究開發內容、技術方案、實施方案、技術路線四個方面的內容。

業務科員工把兒童的基本情況通報給各部門，確定個案管理，協調特殊教育、康復、心理、社會工作、醫療、保育等專業人員對兒童進行專業評估，評估在三周以內完成。第四周，個案管理工作人員收集所有專業評估的資料，整理形成個案報告。

4 技術指標實現基礎

1230 經直腸超聲引導下穿刺置管引流治療高位肛周膿腫的臨床觀察 黃仁燕，鄭 德，徐 菲，吳 凡，高志玲，何 崢

5 達到的性能指標

5.1 適裝性

安裝、油液接口等匹配完好，不出現滲漏油現象。

5.2 功能性

②在實際的振動、顛震和搖擺極限環境中，馬達的輸出轉速變化不大于2%，不出現松動、滲漏油；

④高效、節能、減少系統發熱設計。

②恒載穩定性：在輕載、中載、重載工況下，在最高調速范圍內增速和減速，馬達兩腔轉壓差波動分別小于5%或0.5MPa；

③剎車能力：在最大負載下，剎車保持2小時，馬達轉動角度小于1度；

德國Rexroth公司的A6WM系列軸向柱塞變量馬達最高工作壓力可達40MPa（峰值工作壓力45MPa），排量規格28cc/r-1000cc/r，可應用于開式和閉式回路，有多種變量調節結構可供選擇，啟動特性好，功率密度高，自帶編碼器輸出模塊。

杏A注水站和杏A深度污水站停運會產生兩方面問題，一是注水站停運導致相應區域內深度注水管網壓力降低、水量減少，進而導致出現無法滿足注水井的注入壓力與水量需求的問題；二是污水站停運導致其上游處理的普通污水無法外輸處理，出現污水過剩的問題。

⑤密封性：不出現滲漏油。

5.3 海試工況應用可靠性和環境適應性

①按最大負載的50%到120%交變工作，連續工作1000小時，馬達的容積效率下降不超過3%，不出現漏油；

①恒速穩定性：最低穩定收放速度、一般收放速度、最高收放速度，馬達轉速波動分別小于5%或1r/min；

③實際正常工作載荷，恒定流量，不同油溫下（20℃-60℃），馬達的輸出轉速變化不大于2%。

6 技術成熟度

通過本項目研制，突破大排量高可靠性低噪聲液壓馬達結構設計、關鍵材料選型和復雜零件加工裝配工藝、馬達關鍵部件受力分析和壽命評估、馬達性能和可靠性提升等關鍵技術，掌握大排量高可靠性低噪聲液壓馬達技術方案和優化方法，完成對其關鍵部件和整機生產加工裝配工藝研究、完成其環境適應性應用可靠性驗證，為大排量高可靠性低噪聲液壓馬達自主可控國產化考核評價提供支撐，使大排量高可靠性低噪聲液壓馬達的技術成熟度達到6級。

③可工作在泵工況的馬達研發；

斜軸式軸向柱塞馬達主要由柱塞、連桿、配流盤、主軸、缸體、密封蓋、油封、軸承、擋圈、殼體、中心桿、控制閥和密封蓋組成，如圖1所示。其中球頭副、柱塞副、配流副是斜軸式柱塞馬達的三個主要摩擦副。柱塞馬達的工作狀態與摩擦副油膜特性息息相關，如何優化摩擦副結構、表面材料及加工工藝以改善摩擦副特性是提高柱塞馬達工作效率、延長使用壽命的關鍵。

波里馬和陜2A兩大類型不育系的微粉問題在一定程度上影響了兩大不育系雜交種的質量。近年來，通過農業科研技術工作者的努力，針對微粉在生產上的問題有了很大程度改善[9-13]。通過調節播期、摘頂、調節行比、化學殺雄或異地制種等栽培手段控制不育系微粉的缺陷，雖然取得了一定成效，但仍不完善，存在加大了制種成本、技術措施不易操作、延緩了種子銷售時間從而增加了企業資金周轉期等問題。因此，只有發現或培育出一種不育性穩定的新細胞質不育系，才能從根本上解決目前胞質不育系微粉問題。

已具備的支撐本項目研究的技術基礎如下：

6.1 三大摩擦副流體-熱-結構耦合機理及仿真分析軟件

高壓高速柱塞馬達是一類流體-熱-結構耦合的復雜產品，只有深入掌握其多物理場耦合運行失效機制才能有效指導柱塞馬達產品關鍵部件的優化設計。本項目將探究溫度、壓力、油液性質、材料特性等物理量之間的耦合關系，構建三大摩擦副多物理場耦合作用模型，并研究模型的數值求解方法。在此基礎上，基于C++或M語言，綜合考慮柱塞馬達的結構、運行工況、材料特性等參數，開發出一套參數化的柱塞馬達多物理場仿真軟件工具。該軟件將通過圖形可視化的方式，呈現摩擦副油膜特性（厚度、溫度、壓力分布、黏性摩擦損失、泄漏損失）、零件力學和運動學性能、柱塞馬達的扭矩-轉速特性等主要指標，以表征摩擦副結構、材料、熱平衡設計的效果。

11月8日，一〇四團四道岔社區黨支部開展了主題黨日活動，活動由新一屆黨支部書記郭鋼主持。活動中，黨員們集體重溫了入黨誓詞，學習了《中國共產黨紀律處分條例》等內容。自10月份上任以來，郭鋼為了更好更快地勝任社區書記的崗位，充分利用八小時以外的時間，積極主動向社區原主任陸攀峰學習交流群眾工作中好的經驗做法，晚上積極走訪入戶，爭取一切時間聯系群眾，在一個多月的時間里對社區進行了全面了解，為今后更好地開展工作奠定了理論和群眾基礎。

6.2 柱塞馬達關鍵摩擦副性能測試及評價方法

將在已有摩擦副多物理場綜合試驗臺的基礎上，進一步提出由電渦流傳感器、微型溫度傳感器以及微型壓力傳感器組成的多域多維度摩擦副界面油膜特性測量方法。以NI Labview和數據采集卡（NI6321）作為分析和數據采集工具，實時監控油膜的厚度、溫度和壓力變化情況。通過測試多工況下，不同摩擦副結構、材料配對、熱平衡設計的摩擦副組件油膜性能參數（厚度、溫度和壓力分布），以驗證研究內容6.1中的模型及數值求解方法的準確性。同時根據測量結果，總結出一套柱塞馬達關鍵摩擦副性能評價方法，以指導國產柱塞馬達關鍵摩擦副的設計。

6.3 斜軸式大排量高可靠性低噪聲液壓馬達關鍵部件數字化設計與虛擬驗證

以研究內容6.1、6.2的理論研究與試驗結果為基礎，以斜軸式大排量柱塞馬達為對象，基于已有的PRO/E平臺，開展球頭、柱塞、配流盤、缸體、主軸、殼體、中心桿、控制閥和端蓋等零部件的數字化設計。以設計的零部件數字化模型為基礎，針對每個零件的受力、運動情況，通過ANSYS平臺進行結構參數和強度校核。確定每個部件的基本結構參數后，將完整柱塞馬達的幾何參數輸入到研究內容6.1開發的柱塞馬達專用仿真軟件，進行柱塞馬達摩擦副結構、材料、熱平衡設計的整體分析和校核。

6.4 柱塞馬達關鍵部件制造工藝

針對三大摩擦副組件（柱塞、缸體、配流盤）、控制閥體、端蓋、殼體等影響柱塞馬達高壓高速、壽命性能的關鍵部件，開展以下部件的材料匹配和加工工藝的優化設計：①開發一種具有微形貌織構的柱塞球頭潤滑散熱結構及加工方法，通過微織構在高壓高速流體中的熱流動力學效應，提高馬達高速運行時摩擦副的潤滑及散熱效果。②優化柱塞副表面磨削工藝，通過成形磨替代傳統三道磨削的加工工藝，減少錐柱塞裝夾次數，提升核心尺寸加工精度和生產效率。③研制一種新型缸體組合材料和加工工藝，通過球鐵-銅材料組合代替傳統銅-鋼材料組合，并應用真空擴散焊工藝，提高組合材料的結合強度。④研發一種新型閥體加工工藝，以可調整式鉸珩刀具替代立鉆鉸孔工藝，避免多次裝夾，從而提高閥體圓柱度，穩定孔徑公差范圍，實現閥芯通配，降低控制閥組件卡滯風險。

長海縣、岱山縣和普陀區的海島綜合實力最高，而定海區、長島縣和崇明縣的海島實力較低，應該找到短板，大力發展漁業產業，努力提高海島縣的居民收入水平，才能促進我國海島縣經濟實力健康協調發展。

6.5 大排量高可靠性低噪聲柱塞馬達示范應用

基于上述研究、開發的馬達產品，其額定工況工作時間≥2400小時，容積效率下降不超過5%，且噪聲最大不超過80dB（按照GJB 763.5的方法測量），并以水聲監聽船為對象，研究典型工況（低速重載收放、低速空載收放、高速重載收放、恒張力收放等）下，柱塞馬達扭矩、轉速、進/出口壓力、流量、噪聲、高速性能，低速性能、寬工況性能、可靠性等關鍵指標。根據整機測試結果，進一步優化加工工藝、結構設計和材料匹配，最終形成產品的性能檢測、生產示范和使用示范報告。后續可繼續推廣應用于某些工程領域特種設備驅動、工程機械、建筑礦山機械、起重機械、船舶機械、挖掘機、旋挖鉆機等，實現應用價值，充分發揮產品效益，保障工程領域特種設備的產業鏈。

7月5日，大學生聯合大尋訪報道組來到雅昌，踏入公司大堂的瞬間，濃濃的文化氣息撲面而至。無論展廳、讀書室，還是書墻，每一處細節都散發著藝術的清香，仿佛走進了藝術的殿堂。而與雅昌文化集團綜合營銷中心總經理李國哲，一位科班出身的印刷人的對話，也將我們帶入了一場印刷與藝術的碰撞之旅。

上述本項目的總技術路線的5個研究內容分別從柱塞馬達理論基礎研究、核心部件結構設計、加工工藝優化、綜合性能測試以及整機應用示范5個維度開展系統性研究。研究內容之間相互關聯、層層遞進，目標是開發出能夠適用于水聲監聽船工況的具有自主知識產權的大排量馬達產品，提升我國液壓關鍵基礎部件的研究和制造水平。

7 推廣應用前景

①目前，我司正在論證大排量高可靠性低噪聲液壓馬達在新型艦載設備液壓系統上應用的可行性。本項目開發的大排量高可靠性低噪聲液壓馬達產品除應用于水聲監聽船（現有型號替代）外，也可以拓展推廣應用于某些工程領域用特種設備的驅動中，同時產品關鍵技術應用于開發高性能的馬達產品，經市場化推廣，可應用于工程機械、建筑礦山機械、起重機械、船舶機械等領域，具有廣泛的市場應用價值。本項目主要針對大排量高可靠性低噪聲液壓馬達進行研制，突破關鍵技術、關鍵工藝后，可形成標準化技術規范，開展系列化研制工作，如研發系列化排量的大排量高可靠性低噪聲液壓馬達。本項目研制產品通用化程度高，可在海洋工程設備、工程機械、建筑機械等領域應用。

②我國液壓馬達行業缺乏對基礎共性技術的研發和實驗，原創技術和專利產品少，且對基礎零部件制造材料、工藝缺乏系統研究與應用，導致產品故障率高、使用壽命短、可靠性差，與世界先進水平相比存在較大差距。本項目擬突破三大摩擦副流體-熱-結構耦合及數值求解技術、關鍵部件結構設計與工藝優化等共性關鍵技術，開發具有自主知識產權的高壓高速柱塞泵/馬達系列產品并實現應用示范，掌握泵/馬達核心技術自主知識產權。

③據統計，2004年至今，中國企業在全球工程機械市場份額從2.7%升至16%，中國工程機械地位明顯提升，但工程機械配套用液壓馬達還是主要依賴進口。由于工程機械主機在壽命、降噪及控制技術上的高要求，國產液壓馬達短期內無法滿足高端工程機械配套需求。本項目擬通過對水聲監聽船、旋挖鉆機、挖掘機等進行工作過程中的典型工況（負載壓力、主軸轉速、工作溫度等）分析，掌握并實現柱塞馬達特定性能要求，實現國產自主配套，降低主機成本、縮短供貨周期、完善售后服務鏈，提升我國工程機械產業國際競爭力。

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[3]王劍，宋顯國，魏鵬.在液壓馬達試驗測試系統中的應用[J].自動化應用，2019（6）：52-54.