模块六 速度控制回路的设计及故障排除

流量控制阀是通过改变阀口大小来改变液阻实现流量调节的阀。普通流量控制阀包括节流阀、调速阀、溢流节流阀和分流集流阀。,节流阀,调速阀,流量控制阀,一、节流阀节流阀是利用阀芯与阀口之间缝隙的大小来控制流量(一)节流阀的结构和工作原理液流流经薄壁小孔、细长孔或狭长缝时会遇到阻力，通流面积和长度不同，对液流的阻力也不同。如果它们两端的压力差一定，则改变它们的通流面积或长度，可以调节流经它们的流量。（又因为它们在液压系统中作用与电路中的电阻相似，又被称为液阻。）节流阀是借助改变阀口通流面积或通道长度来改变阻力的可变液阻。,图439所示为周向转动式节流阀。它主要由调节手轮1、阀心2、阀套I、阀体4等组成。工作原理：油液从进油口P1经由阀心1上的螺旋曲线开口与阀套3上的窗口匹配而形成的某种形状的棱边形节流口后流向出口P2，转动调节手柄1时，螺旋曲线相对与阀套窗口升高或降低，即可调节节流口的通流面积，从而实现对流经该阀流量的控制。,工作原理,图440所示为单向节流阀。它主要由油口1、6、调节螺母2、顶杆3、阀体4、阀心5、弹簧7等组成。压力油由Pl口进入，经阀心上的三角槽节流口后，从P2口流出，这时起节流阀作用。旋转调节螺母2即可改变阀心5的轴向位置，从而使通流面积产生相应的变化。当压力油从P2口进入时，作用在阀心5上的液压力大于弹簧7的弹簧力，阀心下移处于最下端位置，油液不再经过节流口而直接从油P1流出这时起单向阀作用。,堵塞现象,当节流阀在小开口面积下工作时，流经阀的流量q会出现时多时少的周期性脉动现象，随着开口继续减小，流量脉动现象加剧，甚至出现间歇式断流，使节流阀完全丧失工作能力。上述现象称为节流阀的堵塞现象。造成堵塞现象的主要原因是油液中的污物堵塞节流口造成的，即污物时赌时而冲走造成流量脉动；另一个原因是油液中的极化分子和金属表面的吸附作用导致节流缝隙表面形成吸附层，使节流口的大小和形状受到破坏。节流阀的堵塞现象使节流阀在很小流量下工作时流量不稳定，以致执行元件出现爬行现象。因此，对节流阀有一个能正常工作的最小流量限制。这个限制值称为节流阀的最小稳定流量，用于系统则限制了执行元件的最低稳定速度。,(二)节流口的形式和应用范围固定节流口节流口液阻是否可调可分可变节流口（节流阀节流口形式直接影响节流阀的性能）节流阀因为刚性差，通过阀口的流量因阀口前后压力差变化而波动，因此仅适用于执行元件工作负载变化不大且速度相对稳定性要求不高的场合。,节流阀的应用,当节流阀前后p一定时，改变A可改变流经阀的流量起节流调速作用，如阀3。当q一定时，改变A可改变阀前后压力差p起负载阻尼作用，如阀1。当q0时，安装节流元件可延缓压力突变的影响起压力缓冲作用，如阀2。,调速阀,结构原理调速阀是由定差减压阀与节流阀串连而成。节流阀用来调节通过的流量，定差减压阀则自动补偿负载变化的影响，使节流阀前后的压差为定值，消除了负载变化对流量的影响。调速阀工作原理动画,压力油p1先经定差减压阀，然后经节流阀流出。节流阀进、出口压力油p2、p3经阀体流道被引至定差减压阀阀芯的两端，(p2-p3)与定差减压阀的弹簧力进行比较，因定差减压阀阀口的压力补偿作用（加负载使p3增大，减压阀芯弹簧腔液压作用力也增大，阀芯下移，减压阀的阀口开大，减压作用减小，使p2有所提高，使得压差(p2-p3)基本不变，反之亦然。因此，调速阀通过的流量就保持恒定了。）,调速阀,调速阀工作时的静态方程定差减压阀受力平衡方程p2A=p3A+Ft流量稳定性分析调速阀用于调节执行元件运动速度，并保证其速度的稳定。这是因为节流阀既是调节元件，又是检测元件。当阀口面积调定后，它一方面控制流量的大小，一方面检测流量信号并转换为阀口前后压力差反馈作用到定差减压阀阀芯的两端面，与弹簧力相比较，当检测的压力差偏离预定值时，定差减压阀阀芯产生相应位移，改变减压缝隙进行压力补偿，保证节流阀前后的压力差基本不变。但是阀芯位移势必引起弹簧力和液动力波动，因此流经调速阀的流量只能基本稳定。调速阀的速度刚性可近似为。为保证定差减压阀的压力补偿作用，调速阀的进出口压力差应大于弹簧力Ft和液动力Fs所确定的最小压力差。否则无法保证流量稳定。,由上述分析可知：不管调速阀的进出压力如何变化，由于定差减压阀的补偿作用，节流阀前后的压力降将基本上维持不变。故通过调速阀的流量基本上不受外界负载变化的影响。节流阀的流量随压力差变化较大，而调速阀在压力差大于一定数值后，流量基本保持恒定。当压力差很小时，由于减压阀阀芯被弹簧压在下端，不能工作，减压阀的节流口全开，起不到节流的作用，故这时调速阀的性能与节流阀相同。所以，调速阀的最低正常工作压力降应保持在0.450.5MPa以上。,速度控制回路,速度控制回路是讨论液压执行元件速度的调节和变换的问题。1、调速回路调节执行元件运动速度的回路。定量泵供油系统的节流调速回路变量泵（变量马达）的容积调速回路容积节流调速回路2、快速回路使执行元件快速运动的回路。3、速度换接回路变换执行元件运动速度的回路。,容积调速回路,容积调速回路通过改变变量液压泵或变量液压马达的排量来对液压缸（液压马达）进行无级调整。这种调速回路无溢流损失和节流损失，所以效率高，发热少，适用于高压、大流量的大型机床、工程机械和矿山机械等大功率设备的液压系统。根据液压泵和执行元件组合方式不同，容积调速回路分为泵-缸式和泵马达式两种。,调速回路,液压缸的速度v=q/A液压马达的转速n=q/vm调节执行元件的工作速度，可以改变输入执行元件的流量或由执行元件输出的流量；或改变执行元件的几何参数。对于定量泵供油系统，可以用流量控制阀来调速节流调速回路；按流量控制阀安放位置的不同分：进油节流调速回路回油节流调速回路旁路节流调速回路对于变量泵（马达）系统，可以改变液压泵（马达）的排量来调速容积调速回路；变量泵定量马达闭式调速回路变量泵变量马达闭式调速回路同时调节泵的排量和流量控制阀来调速容积节流调速回路。限压式变量泵和调速阀的调速回路差压式变量泵和节流阀的调速回路,定量泵节流调速回路,回路组成：定量泵，流量控制阀（节流阀、调速阀等），溢流阀，执行元件。其中流量控制阀起流量调节作用，溢流阀起压力补偿或安全作用。按流量控制阀安放位置的不同分：进油节流调速回路将流量控制阀串联在液压泵与液压缸之间。回油节流调速回路将流量控制阀串联在液压缸与油箱之间。旁路节流调速回路将流量控制阀安装在液压缸并联的支路上。,进、回油节流调速回路的不同之处：回油节流调速回路回油腔有一定背压，故液压缸能承受负值负载，且运动速度比较平稳。进油节流调速回路容易实现压力控制。工作部件运动碰到死挡铁后，液压缸进油腔压力上升至溢流阀调定压力，压力继电器发出信号，可控制下一步动作。回油节流调速回路中，油液经节流阀发热后回油箱冷却，对系统泄漏影响小。在组成元件相同的条件下，进油节流调速回路在同样的低速时节流阀不易堵塞。回油节流调速回路回油腔压力较高，特别是负载接近零时，压力更高，这对回油管的安全、密封及寿命均有影响。为了提高回路的综合性能，一般采用进油节流调速回路，并在回油路上加背压阀。,改善节流调速负载特性的回路,在节流阀调速回路中，当负载变化时，因节流阀前后压力差变化，通过节流阀的流量均变化，故回路的速度负载特性比较差。若用调速阀代替节流阀，回路的负载特性将大为提高。调速阀可以装在回路的进油、回油或旁路上。负载变化引起调速阀前后压差变化时，由于定差减压阀的作用，通过调速阀的流量基本稳定。旁路节流调速回路的最大承载能力不因AT增大而减小。由于增加了定差减压阀的压力损失，回路功率损失较节流阀调速回路大。调速阀正常工作必须保持0.51MPa的压差，旁通型调速阀只能用于进油节流调速回路中。,容积调速回路,容积调速回路通过改变液压泵和液压马达的排量来调节执行元件的速度。由于没有节流损失和溢流损失，回路效率高，系统温升小，适用于高速、大功率调速系统。变量泵定量马达闭式调速回路安全阀4防止回路过载，辅助泵1补充主泵和马达的泄漏，改善主泵的吸油条件，置换部分发热油液以降低系统温升。,变量泵变量马达闭式调速回路回路中元件对称布置，变换泵的供油方向，即可实现马达正反向旋转。单向阀4、5用于辅助泵3双向补油，单向阀6、7使溢流阀8在两个方向都起过载保护作用。,在低速段，先将马达排量调至最大，用变量泵调速，当泵的排量由小变大，直至最大，马达转速随之升高，输出功率也随之线性增加。此时因马达排量最大，马达能获得最大输出转矩，且处于恒转矩状态（恒转矩调节）。高速段，泵为最大排量，用变量马达调速，将马达排量由大调小，马达转速继续升高，输出转矩随之降低。此时因泵处于最大输出功率状态不变，故马达处于恒功率状态（恒功率调节）。,容积节流调速回路,容积节流调速回路用压力补偿泵供油，用流量控制阀调定进入或流出液压缸的流量来调节液压缸的速度；并使变量泵的供油量始终随流量控制阀调定流量作相应的变化。这种回路无溢流损失，效率较高，速度稳定性比容积调速回路好。,限压式变量泵和调速阀、背压阀的调速回路,差压式变量泵和节流阀的调速回路,这种回路不但变量泵的流量与节流阀确定的液压缸所需流量相适应，而且泵的工作压力能自动跟随负载的增减而增减。,由于节流阀两端的压差基本由作用在变量泵控制活塞上的弹簧力来确定，因此输入液压缸的流量不受负载变化的影响。此外回路能补偿负载变化引起泵的泄漏变化，故回路具有良好的稳速性能。,速度换接回路,功用用于切换执行元件的速度。换接过程要求平稳，换接精度要求高。按切换前后速度的不同，有快速慢速、慢速慢速的换接。快、慢速换接回路,用行程阀的速度换接回路换向阀2右位，液压缸活塞快进到预定位置，活塞杆上挡块压下行程阀4，行程阀关闭，缸右腔油液必须经过节流阀5才能回油箱，活塞转为慢速工进。换向阀2左位，压力油经单向阀6进入缸右腔，活塞快速向左返回。速度切换过程比较平稳，换接点位置准确。但行程阀安装位置不能任意布置，管路连接较为复杂。,将行程阀改用电磁阀，通过挡块压下电气行程开关来操作，也可实现快慢速换接。虽然阀的安装灵活，但速度换接的平稳性、可靠性和换接精度相对较差。,调速阀并联速度换接回路两个进给速度可以分别调整，互不影响。但在速度换接瞬间，会造成进给部件突然前冲。不宜用在同一行程两次进给速度的转换上，只可用在速度预选的场合。,两种不同慢速的速度换接回路,调速阀串联速度换接回路只能用于第二进给速度小于第一进给速度的场合，故调速阀B的开口小于调速阀A。回路速度换接平稳性好。,快速运动回路,功用使执行元件获得尽可能大的工作速度，以提高生产率或充分利用功率。,液压缸差动连接快速运动回路将液压缸有杆腔回油和液压泵供油合在一起进入液压缸无杆腔，活塞将快速向右运动，差动连接与非差动连接的速度之比为v1/v1A1/(A1-A2)在差动回路中，泵的流量和缸的有杆腔排出的流量合在一起流过的阀和管道应按合成流量来选择规格，否则会导致压力损失过大，泵空载时供油压力过高。,双泵供油快速运动回路,外控顺序阀3（卸载阀）和溢流阀5分别设定双泵供油和小流量泵2供油时系统的最高工作压力。当系统压力低于阀3调定压力时，两个泵同时向系统供油，活塞快速向右运动；系统压力达到或超过阀3调定压力时，大流量泵1通过阀3卸载，单向阀4自动关闭，只有小流量泵向系统供油，活塞慢速向右运动。,卸载阀3的调定压力至少应比溢流阀5的调定压力低1020。大流量泵卸载减少了动力消耗，回路效率较高。这种回路常用在执行元件快进和工进速度相差较大的场合。,活塞向下运动时，由于运动部件的自重，活塞快速下降，由单向节流阀控制下降速度。此时因液压泵供油不足，液压缸上腔出现负压，充液油箱4通过液控单向阀3（充液阀）向缸的上腔补油；回程时，液压缸上腔一部分回油通过阀3进入充液油箱，一部分回油直接回油箱。当运动部件接触工件负载增加时，缸的上腔压力升高，阀3关闭，此时只靠液压泵供油，活塞运动速度降低。,充液快速运动回路,自重充液快速运动回路回路用于垂直运动部件质量较大的液压机系统。,采用增速缸的快速运动回路,换向阀处于右位，压力油进入活塞缸右腔，同时打开充液阀4，大腔回油排回油箱，活塞快速向左退回。,增速缸由活塞缸与柱塞缸复合而成。换向阀3处于左位，压力油经柱塞孔进入增速缸小腔A，推动活塞快速向右移动，大腔B所需油