A液压基本回路速度控制回路节流调速回路.ppt

液压传动 李杞超,在液压系统中，速度控制回路是液压系统的核心，其工作性能的优劣，对系统起着决定性的作用。,分类：按原理可分为以下几种： 节流调速回路 容积调速 容积节流调速,要求： 调速范围 对最大和最小速度的要求 速度刚性 调节速度不随负载变化 回路效率高 回路功率消耗要小，效率要高 动力 提供所需的力和力矩 结构 结构简单、安全可靠,7.2 速度控制回路,7 液压基本回路,调速回路 调速就是调节执行机构的速度，其基本原理是： 液压缸：v=Q/A ; 液压马达：n=Q/qM 即改变输入执行元件的流量Q，或改变液压缸的有效工作面积A(困难)和液压马达的每转排量qM都可达到调速的目的。,（1）节流调速回路 按流量阀在回路中的安装位置不同，节流调速回路可分为： 进油路节流调速回路 回油路节流调速回路 旁路节流调速回路,进油路节流调速回路,回油路节流调速回路,旁油路节流调速,1）进油路节流调速回路,原理动画,对于定量泵供油系统，利用节流阀，通过改变节流面积大小，来控制进入或流出执行元件的流量，实现调节执行元件运动速度。,（a）速度负载特性,当不考虑泄漏和压缩时， 活塞运动速度为：,活塞受力平衡方程为：,缸的流量方程为：,节流阀前后的压强差，,式中：C 与油液种类等有关的系数； AT 节流阀的开口面积； m 为节流阀的指数。薄壁孔m=0.5。,上式为进油路节流调速回路的速度负载特性方程。以v为纵坐标，FL为横坐标，按不同节流阀通流面积AT作图，可得一组抛物线，称为进油路节流调速回路的速度负载特性曲线。,通常用速度刚度Tv来表示负载变化时回路阻抗速度变化的能力。其定义为负载特性曲线上某一点斜率负倒数。,物理意义：反映了负载变化时，速度保持不变的程度。速度保持不变或变化小，则速度刚度大，即说明了系统速度稳定性好；反之，速度稳定性差。,对F求偏导数,代入得,由式和图可知： 当AT一定时，越小，越小，则Kv越大 当一定时，AT越小，则Kv越大 当A1越大时，则Kv越大 当pp越大时，则Kv越大。,使用场合 起步要求冲击小，负载变化小的场合。,液压泵输出功率即为该 回路的输入功率为: Pp=ppqp 缸的输出功率为: P1=p1q1 p1A1v=Fv 若不计管路等的损失，回路的功率损失 P= Pp-P1= ppqp- p1q1 = pp(q1 + q )- p1q1 = pp q +(pp- p1)q1 = ppq + pTq1 由上式可见，功率损失由两部分组成： P1= Ppq 溢流损失 P2=pTq1 节流损失 功率损失都转化为热能。,(b) 功率特性和回路效率,回路效率,（c）调速范围 即最高工作速度与最小稳定工作速度之比：,其中，,可知，最大节流面积是由泵的流量和额定压力所决定的。,（d）最大承载能力 当泵的出口压力和油缸面积确定之后，液压缸的最大承载能力不变，为,可知： 该调速方式是恒推力调速。 由于回油路没有背压阀，不能承受负值（反向）载荷,（e）运动平稳性 活塞运动时，当负载突然变小时，活塞将产生突然前冲现象。,可知： 进油节流调速回路的速度稳定性差。 节流调速会发热，压力越大，发热越严重。这将对液压缸泄漏和速度稳定性产生影响。,2） 回油路节流调速回路,（a）速度负载特性,采用同样的分析方法可以得到与进油路节流调速回路相似的速度负载特性。,缸的流量为：,节流阀前的压力为：,使用场合,负载变化大，要求运动平稳的液压系统。,活塞运动速度：,速度刚度：,效率：,（b）其它特性 回油节流调速回路因流量阀装在回油路上，节流阀的阻尼作用相当于在执行元件的回油路上产生背压力，所以能承受负值负载。负值负载F=p2A2。 进油节流调速回路通过节流阀而发热的油直接进入液压缸，会使缸内泄漏增加； 而回油节流调速回路，通过节流阀的油流回油箱，得到充分冷却。 进油节流调速路因流量阀装在缸的进油路上，可避免启动时的前冲现象 回油节流调速回路中液压缸回油腔的压力p2有时比进油腔的压力p1还要高得多。由缸的力平衡方程可得p2=（p1A1-F）/A2，当负载F=0、A1/A2=2（即差动缸）时，p2=2p1。 这样就会增加密封摩擦、降低密封件的寿命，引起泄漏增加，效率降低。,进油路和回油路节流调速的比较,(1) 承受负值负载的能力 回油节流调速能承受一定的负值负载,(2) 运动平稳性 回油节流调速回路运动平稳性好。,(3) 油液发热对回路的影响 进油节流调速的油液发热会使缸的内外泄漏增加；,(4) 启动性能 回油节流调速回路中重新启动时背压不能立即建立，会引起瞬间工作机构的前冲现象。,进油路、回油路节流调速回路结构简单，但效率较低，只宜用在负载变化不大，低速、小功率场合，如某些机床的进给系统中。,3. 旁路节流调速回路 （课下自学）,有关该调速回路特性，课下同学自学。,旁油路节流调速回路,节流阀装在与液压缸并联的支路上，利用节流阀把液压泵供油的一部分排回油箱实现速度调节,溢流阀作安全阀用，液压泵的供油压力Pp取决于负载。,3） 旁路节流调速回路,（a）速度负载特性,考虑到泵的工作压力随负载变化，泵的输出流量qp应计入泵的泄漏量随压力的变化 ,采用与前述相同的分析方法可得速度表达式为：,使用场合: 负载变化小，运动平稳性要求不高的场合。,（b）功率特性,回路的输入功率,回路的输出功率,回路的功率损失,回路效率,旁路节流调速只有节流损失，无溢流损失，功率损失较小。,注意:节流调速回路速度负载特性比较软，变载荷下的运动平稳性比较差。为了克服这个缺点，回路中的节流阀可用调速阀来代替。,调速阀节流调速回路 前面分析的节流阀调速回路三种基本形式的静特性中，看出一个共同的缺点，就是回路速度稳定性（速度刚度）随负载的变化而变化。 其主要原因在于节流阀两端压力差的变化，引起流经节流阀流量的变化，从而引起活塞运动速度随负载变化。 因此，这种回路只能用于负载变化很小、或速度稳定性不高的场合。 对速度稳定性要求较高，或负载变化较大的液压系统，就需采用调速阀。 调速阀内节流阀两端的压差基本不受负载的影响，流经的油液流量只取决于开口面积。因此，采用调速阀可提高回路的速度刚度，改善“速度负载特性”。,例如，采用调速阀的进油节流调速回路,当增加，p1增加，而调速阀内的pm也增加，因此，调速阀内的节流阀前、后两端的压差p保持不变，流经调速阀的流量保持不变。即,当负载在一定范围内变化时，使调速阀中节流阀前、后压差保持不变，从而使流经调速阀中节流阀流量也保持不变，活塞的工作速度也就不受负载变化的影响而保持恒定，即v=const。 因此，速度刚度为,如果忽略系统泄漏，可认为速度不受负载影响，其速度负载特性曲线。,在不同节流面积下，速度负载特性曲线。,调速阀节流调速回路的功率特性曲线，如下图所示。,由图可知： （a）调速阀回路的输入功率Pp和溢流阀损失功率P1不随负载而变化。,（b）调速阀回路输出功率P，随负载增加而线性上升。,（c）节流损失功率 P2，随负载增加而线性下降。,（2）容积调速回路 根据上面的分析可知：节流调速的一个很严重的缺陷就是多余流量经溢流阀回油箱，造成能量损失和油温升高。特别在执行元件低速运行更为严重。 针对这种情况，提出了能耗较低，效率较高的容积调速。,容积调速回路：通过改变回路中泵或马达的排量来实现调速。,优点：没有节流损失和溢流损失，因而，油温升小，适用于高速、大功率调速系统。 缺点：变量泵和变量马达的结构较复杂，成本较高。,三种基本组合形式： 变量泵和定量执行元件； 定量泵和变量马达；（略讲） 变量泵和变量马达。 （略讲）,根据油路的循环方式，容积调速可以联接成 开式回路 或 闭式回路。其中， 开式回路，泵从油箱吸油。 闭式回路，回油管与泵的吸油腔相联。,1变量泵和定量马达或油缸 组成的容积调速回路,原理：利用变量泵实现液压缸或液压马达的调速。,注意：有时为了防止空气渗入和出现孔穴，利用辅助泵向低压油路补油。,工作原理动画,变量泵和油缸容积调速回路工作特性 （1）速度特性 速度特性反映的是执行元件的速度与变量泵调节参数（排量）的关系。 当不考虑泄漏时，执行元件速度为：,当考虑泄漏时，执行元件速度为：,式中，k为泄漏系数,() 调速范围 变量泵与液压缸组成的调速回路，其最大速度是由泵的最大流量所决定的。 如果忽略泵的泄漏量，最低速度可以调到零。 因此，该调速回路的速度调节范围很大，可以实现无级调速。,速度刚度为：,可知：增大有效工作面积，减小泄漏，可提供速度刚度。,() 负载特性 执行元件输出转矩（力）和输出功率与变量泵调节参数（排量）之间的关系。 当不考虑回路的损失时，液压马达的输出转矩（或缸的输出推力）为,当考虑机械效率时，输出转矩（或缸输出推力）为,执行元件的输出功率为,2定量泵和变量马达组成的容积调速回路（略讲）,主要工作特性如下： (1)速度特性及调速范围 当不考虑回路容积效率时，液压马达的转速为,(2)转矩和功率特性。 当不考虑回路的损失时，液压马达的输出转矩为,液压马达的输出功率为,3.变量泵和变量马达容积调速回路 （略讲）,由于此回路中，既可用变量泵调速，又可用变量马达调速，可扩大调速范围，一般采用分段调速的方法。,在第一阶段将变量马达的排量调到最大并使之恒定，然后调节变量泵的排量从最小逐渐加大到最大值，则马达的转速便从最小逐渐升高到相应的最大值。这一阶段相当于变量泵定量马达的调速回路，属于恒转矩调速。 在第二阶段将变量泵的排量固定在上述已调好最大值，然后调节变量马达的排量使之由最大值逐渐减小，马达的转速进一步逐渐升高，直到允许的最大转速。这一阶段相当于 定量泵变量马达调速回路，属于功率调节。,（三）容积节流调速回路 （略讲） 目前为止，我们讲述了两种调速方法，即 节流调速 和 容积调速，其中， （1）节流调速回路因有节流损失，因而效率低、温升大；但结构简单，使用方便，能获得较低的稳定速度。 （2）容积调速回路具有效率高（因无节流损失和溢流损失），温升小，可以接成闭式回路，因而大大减轻整个系统的重量；但结构复杂，负载变化时引起泄漏等因素的变化，影响低速稳定性。 而 容积 节流调速回路由是采用特定的变量泵和调速阀（或节流阀）所组成，它兼有上述两种调速回路的优点 。,根据所采用变量泵的形式不同，常用的容积节流调速回路有： 限压式变量泵和调速阀组成的回路； 稳流式变量泵和节流阀组成的回路。 1.限压式变量泵和调速阀的调速回路,特点： （1）没有溢流损失，但有节流损失。回路效率高于节流调速回路，但低于容积调速回路。 （2）节流损失与液压缸的工作压力p1有关。负载小，p1低，节流损失越大。 （3）该回路是以增加节流损失为代价，换取低速稳定的。,2.差压式变量泵和节流阀调速回路 （略讲）,变量泵定子的受力情况为：,特点： （1）节流阀控制着进入油缸的流量，并使泵的输出流量自动与液压缸的需要流量适应。 （2）变量泵能自动补偿由负载变化引起的泵泄漏量变化，使泵的输出流量基本保持稳定。 （3）速度稳定性好。尤其是在小流量和负载变化的液压系统中，稳定性特别明显。 （4）只有节流损失，发热少，效率高。,二、快速运动回路 液压装置的工作机构在一个工作循环的过程中，常常在不同的工作阶段，要求不同的运动速度和承受不同的负载。例如，许多机构的空行程要求快速运动，而负载轻；工作行程要求慢速运动，而负载重。 因此，进行液压系统的设计时，通常是根据工作进程要求的运动速度和所承受的负载，决定主油泵的流量和压力，然后在不增加功率消耗的情况下，采用快速运动回路来提高工作机构空行程速度。 常见的快速运动回路有以下几种。,(一)双泵并联快速运动回路,（二）用蓄能器的快速运动回路 当换向阀处于左位或右位时，蓄能器和泵同时向缸供油，实现快速运动。 当换向阀处于中位时缸停止工作，泵经单向阀向蓄能器充液，蓄能器压力升高到液控顺序阀的调定压力时，泵卸荷。,（三）用增速缸的快速运动回路,快速前进，回油同时进入大腔,快速后退,压力达到一定值后， 阀4打开，慢速前进,三、速度换接回路 速度换节回路的功用就是使液压执行机构，在一个工作循环中，从一种工作运动变换为另外一种运动速度。 例如，机床切削加工过程中，刀架在完成一个自动工作循环时，需要不同的运动速度，如快速接近工件换接为慢速工作进给，第一种工作进给速度换接为第二种工作进给速度等。 速度换接回路就是为了满足这个要求的。对加工精度要求较高的机床，不允许速度换接过程中出现前冲现象。因此，对这种回路提出了速度换接平稳性的要求。,（一）快速运动和工作进给运动的换接回路,快速前进,慢速前进,快速退回,（二）两种工作进给速度的换接回路 1.调速阀串联的速度控制回路（注意：qAqB，V2V1）,调速阀A工作，工进V1,调速阀A，B串联，B起作用，工进V2,2.调速阀并联的速度控制回路（注意：AT BT）,BT起作用，工进速度V1,AT起作用，工进速度V2,尽管是两个不同节流面积的调速阀并联，实质是分别接入液压系统，实现并满